"Harta MUSICĂ" arată că unele celule ale creierului îmbătrânesc mai repede

Inginerii de la Universitatea din California, San Diego, au descoperit că unele celule ale creierului îmbătrânesc mai repede decât altele și sunt disproporționat de abundente la persoanele cu boala Alzheimer. Cercetătorii au observat, de asemenea, diferențe în procesul de îmbătrânire al anumitor celule ale creierului în funcție de sex: cortexul cerebral al femeilor are o proporție mai mare de oligodendrocite „vechi” în comparație cu neuronii „vechi” în comparație cu cortexul bărbaților.

Aceste descoperiri au fost posibile datorită unei noi tehnici numite MUSIC (cartografierea interacțiunilor acizilor nucleici în celule individuale), care permite cercetătorilor să examineze interiorul celulelor cerebrale individuale și să cartografieze interacțiunile dintre cromatină - forma strâns spiralată a ADN-ului - și ARN. Tehnica face posibilă vizualizarea acestor interacțiuni la nivelul celulelor individuale și studierea modului în care acestea afectează expresia genelor.

„MUZICA este un instrument puternic care ne permite să obținem o perspectivă mai profundă asupra aspectelor complexe ale bolii Alzheimer ”, a declarat autorul principal al studiului, Sheng Zhong, profesor în cadrul Departamentului de Bioinginerie Shu Chien-Gen Lai din cadrul Școlii de Inginerie Jacobs de la Universitatea din California, San Diego.

„Această tehnologie are potențialul de a descoperi noi mecanisme moleculare care stau la baza patologiei bolii Alzheimer, ceea ce ar putea deschide calea pentru intervenții terapeutice mai specifice și rezultate îmbunătățite pentru pacienți.”

Creierul uman conține o rețea complexă de celule care comunică și interacționează în moduri complexe. În cadrul fiecăreia dintre aceste celule, componentele genetice, inclusiv cromatina și ARN-ul, interacționează dinamic pentru a determina funcțiile celulare critice. Pe măsură ce celulele creierului cresc și îmbătrânesc, aceste interacțiuni dintre cromatină și ARN se schimbă. Și aceste complexe pot varia foarte mult de la o celulă la alta, în special în celulele mature. Cu toate acestea, dezlegarea complexității acestor interacțiuni a rămas o provocare.

În ajutor a venit o tehnică numită MUSIC, care oferă o perspectivă asupra funcționării interne a celulelor cerebrale individuale. Folosind MUSIC, echipa lui Zhong a analizat probe cerebrale post-mortem, în special țesut de cortex frontal uman, de la 14 donatori cu vârsta de 59 de ani și peste, unii cu boala Alzheimer, iar alții fără.

Ei au descoperit că diferite tipuri de celule cerebrale au prezentat modele diferite de interacțiuni între cromatină și ARN. Interesant este că celulele cu mai puține interacțiuni scurte ale cromatinei au avut tendința de a prezenta semne de îmbătrânire și de boală Alzheimer.

„Folosind această tehnologie transformatoare pentru a analiza celule individuale, am descoperit că unele celule ale creierului sunt mai vechi decât altele”, a spus Zhong. El a explicat că persoanele cu Alzheimer au un număr mai mare din aceste celule cerebrale mai vechi decât persoanele sănătoase.

Cercetătorii cred că descoperirea ar putea ajuta la dezvoltarea de noi tratamente pentru boala Alzheimer.

„Dacă putem identifica gene disregulate în aceste celule vechi și le putem înțelege funcțiile în structura cromatinei locale, am putea fi, de asemenea, capabili să identificăm noi ținte terapeutice potențiale”, a declarat primul autor al studiului, Xingzhao Wen, doctorand în bioinformatică în laboratorul lui Zhong.

Studiul a descoperit, de asemenea, diferențe între sexe în ceea ce privește modul în care celulele creierului îmbătrânesc. În cortexul cerebral al femeilor, cercetătorii au descoperit un raport mai mare de oligodendrocite bătrâne față de neuroni bătrâni. Oligodendrocitele sunt un tip de celulă cerebrală care formează un strat protector în jurul neuronilor. Având în vedere rolul lor esențial în menținerea funcției normale a creierului, un număr crescut de oligodendrocite bătrâne poate exacerba declinul cognitiv.

„Prezența disproporționată a oligodendrocitelor senescente în cortexul cerebral al femeilor ar putea oferi o nouă perspectivă asupra riscurilor crescute de tulburări neurodegenerative și psihiatrice observate la femei”, a spus Wen.

Următorul pas pentru cercetători va fi optimizarea suplimentară a tehnologiei MUSIC, astfel încât aceasta să poată fi utilizată pentru identificarea factorilor - cum ar fi genele de reglare și circuitele genetice - care sunt responsabili de îmbătrânirea accelerată a anumitor celule ale creierului.

„Vom dezvolta apoi strategii pentru a suprima activitatea acestor gene sau circuite, în speranța de a încetini îmbătrânirea creierului”, a spus Zhong.

Rezultatele lucrării sunt descrise în detaliu într-un articol publicat în revista Nature.