"Карта MUSIC" показує, що деякі клітини мозку старіють швидше

Інженери з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго виявили, що деякі клітини мозку старіють швидше за інші, і вони непропорційно поширені у людей з хворобою Альцгеймера. Дослідники також спостерігали відмінності в процесі старіння певних клітин мозку залежно від статі: кора головного мозку жінок має вищу частку «старих» олігодендроцитів порівняно зі «старими» нейронами, порівняно з корою чоловіків.

Ці відкриття стали можливими завдяки новій техніці під назвою MUSIC (картування взаємодій нуклеїнових кислот в окремих клітинах), яка дозволяє дослідникам зазирнути всередину окремих клітин мозку та відобразити взаємодії між хроматином — щільно згорнутою формою ДНК — та РНК. Ця техніка дає змогу візуалізувати ці взаємодії на рівні окремих клітин та вивчати, як вони впливають на експресію генів.

«МУЗИКА — це потужний інструмент, який дозволяє нам глибше зрозуміти складні аспекти хвороби Альцгеймера », — сказав старший автор дослідження Шен Чжун, професор кафедри біоінженерії Шу Чіен-Ген Лай в Інженерній школі Джейкобса при Каліфорнійському університеті в Сан-Дієго.

«Ця технологія має потенціал для розкриття нових молекулярних механізмів, що лежать в основі патології хвороби Альцгеймера, що може прокласти шлях для більш цілеспрямованих терапевтичних втручань та покращення результатів лікування пацієнтів».

Людський мозок містить складну мережу клітин, які спілкуються та взаємодіють складним чином. У кожній з цих клітин генетичні компоненти, включаючи хроматин і РНК, динамічно взаємодіють, визначаючи критичні клітинні функції. У міру росту та старіння клітин мозку ці взаємодії між хроматином і РНК змінюються. І ці комплекси можуть значно відрізнятися від клітини до клітини, особливо у зрілих клітинах. Однак розгадування тонкощів цих взаємодій залишається складним завданням.

На допомогу прийшла методика під назвою MUSIC, яка дає змогу зазирнути у внутрішню роботу окремих клітин мозку. Використовуючи MUSIC, команда Чжуна проаналізувала посмертні зразки мозку, зокрема тканину лобової кори головного мозку людини, від 14 донорів віком від 59 років, деякі з яких мали хворобу Альцгеймера, а деякі — ні.

Вони виявили, що різні типи клітин мозку демонструють різні моделі взаємодії між хроматином та РНК. Цікаво, що клітини з меншою кількістю коротких взаємодій хроматину, як правило, демонстрували ознаки старіння та хвороби Альцгеймера.

«Використовуючи цю трансформаційну технологію для аналізу окремих клітин, ми виявили, що деякі клітини мозку старші за інші», – сказав Чжун. Він пояснив, що у людей з хворобою Альцгеймера кількість цих старіших клітин мозку вища, ніж у здорових людей.

Дослідники вважають, що це відкриття може допомогти в розробці нових методів лікування хвороби Альцгеймера.

«Якщо ми зможемо ідентифікувати дисрегульовані гени в цих старих клітинах і зрозуміти їхні функції в локальній структурі хроматину, ми також зможемо визначити нові потенційні терапевтичні мішені», — сказав перший автор дослідження Сінчжао Вень, кандидат біоінформатики в лабораторії Чжуна.

Дослідження також виявило статеві відмінності у старінні клітин мозку. У корі головного мозку жінок дослідники виявили вище співвідношення старих олігодендроцитів до старих нейронів. Олігодендроцити – це тип клітин мозку, які утворюють захисний шар навколо нейронів. Враховуючи їхню вирішальну роль у підтримці нормальної функції мозку, збільшення кількості старих олігодендроцитів може посилити когнітивне зниження.

«Непропорційна присутність старіючих олігодендроцитів у корі головного мозку жінок може пролити нове світло на підвищений ризик нейродегенеративних та психічних розладів, що спостерігаються у жінок», – сказав Вень.

Наступним кроком дослідників буде подальша оптимізація MUSIC, щоб її можна було використовувати для ідентифікації факторів, таких як регуляторні гени та генетичні ланцюги, які відповідають за прискорене старіння певних клітин мозку.

«Потім ми розробимо стратегії для придушення активності цих генів або ланцюгів, сподіваючись уповільнити старіння мозку», – сказав Чжун.

Результати роботи детально описані у статті, опублікованій у журналі Nature.