Ο "χάρτης MUSIC" δείχνει ότι ορισμένα εγκεφαλικά κύτταρα γερνούν γρηγορότερα

Μηχανικοί στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο ανακάλυψαν ότι ορισμένα εγκεφαλικά κύτταρα γερνούν ταχύτερα από άλλα και είναι δυσανάλογα άφθονα σε άτομα με νόσο Αλτσχάιμερ. Οι ερευνητές παρατήρησαν επίσης διαφορές στη διαδικασία γήρανσης ορισμένων εγκεφαλικών κυττάρων ανάλογα με το φύλο: Ο εγκεφαλικός φλοιός των γυναικών έχει υψηλότερο ποσοστό «παλαιών» ολιγοδενδροκυττάρων σε σύγκριση με τους «παλαιούς» νευρώνες σε σύγκριση με τον φλοιό των ανδρών.

Αυτές οι ανακαλύψεις κατέστησαν δυνατές χάρη σε μια νέα τεχνική που ονομάζεται MUSIC (χαρτογράφηση των αλληλεπιδράσεων νουκλεϊκών οξέων σε μεμονωμένα κύτταρα), η οποία επιτρέπει στους ερευνητές να εξετάσουν το εσωτερικό μεμονωμένων εγκεφαλικών κυττάρων και να χαρτογραφήσουν τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ της χρωματίνης - της σφιχτά σπειροειδούς μορφής του DNA - και του RNA. Η τεχνική καθιστά δυνατή την απεικόνιση αυτών των αλληλεπιδράσεων στο επίπεδο των μεμονωμένων κυττάρων και τη μελέτη του τρόπου με τον οποίο επηρεάζουν την έκφραση γονιδίων.

«Η ΜΟΥΣΙΚΗ είναι ένα ισχυρό εργαλείο που μας επιτρέπει να αποκτήσουμε βαθύτερη γνώση των πολύπλοκων πτυχών της νόσου Αλτσχάιμερ », δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Σενγκ Ζονγκ, καθηγητής στο Τμήμα Βιομηχανικής Shu Chien-Gen Lai στη Σχολή Μηχανικών Jacobs στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο.

«Αυτή η τεχνολογία έχει τη δυνατότητα να αποκαλύψει νέους μοριακούς μηχανισμούς που διέπουν την παθολογία της νόσου Αλτσχάιμερ, κάτι που θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο για πιο στοχευμένες θεραπευτικές παρεμβάσεις και βελτιωμένα αποτελέσματα για τους ασθενείς».

Ο ανθρώπινος εγκέφαλος περιέχει ένα πολύπλοκο δίκτυο κυττάρων που επικοινωνούν και αλληλεπιδρούν με πολύπλοκους τρόπους. Μέσα σε καθένα από αυτά τα κύτταρα, γενετικά συστατικά, συμπεριλαμβανομένης της χρωματίνης και του RNA, αλληλεπιδρούν δυναμικά για να καθορίσουν κρίσιμες κυτταρικές λειτουργίες. Καθώς τα εγκεφαλικά κύτταρα αναπτύσσονται και γερνούν, αυτές οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ χρωματίνης και RNA αλλάζουν. Και αυτά τα σύμπλοκα μπορούν να ποικίλλουν σημαντικά από κύτταρο σε κύτταρο, ειδικά στα ώριμα κύτταρα. Η αποκάλυψη των περιπλοκών αυτών των αλληλεπιδράσεων, ωστόσο, παραμένει μια πρόκληση.

Στη διάσωση ήρθε μια τεχνική που ονομάζεται MUSIC, η οποία παρέχει μια εικόνα για τις εσωτερικές λειτουργίες των μεμονωμένων εγκεφαλικών κυττάρων. Χρησιμοποιώντας το MUSIC, η ομάδα του Zhong ανέλυσε δείγματα εγκεφάλου μετά θάνατον, συγκεκριμένα ανθρώπινο ιστό μετωπιαίου φλοιού, από 14 δότες ηλικίας 59 ετών και άνω, κάποιοι με νόσο Αλτσχάιμερ και κάποιοι χωρίς.

Διαπίστωσαν ότι διαφορετικοί τύποι εγκεφαλικών κυττάρων εμφάνιζαν διαφορετικά πρότυπα αλληλεπιδράσεων μεταξύ χρωματίνης και RNA. Είναι ενδιαφέρον ότι τα κύτταρα με λιγότερες σύντομες αλληλεπιδράσεις χρωματίνης έτειναν να εμφανίζουν σημάδια γήρανσης και νόσου Αλτσχάιμερ.

«Χρησιμοποιώντας αυτήν την μετασχηματιστική τεχνολογία για την ανάλυση μεμονωμένων κυττάρων, διαπιστώσαμε ότι ορισμένα εγκεφαλικά κύτταρα είναι παλαιότερα από άλλα», δήλωσε ο Zhong. Εξήγησε ότι τα άτομα με Αλτσχάιμερ είχαν μεγαλύτερο αριθμό αυτών των παλαιότερων εγκεφαλικών κυττάρων από τα υγιή άτομα.

Οι ερευνητές πιστεύουν ότι η ανακάλυψη αυτή θα μπορούσε να βοηθήσει στην ανάπτυξη νέων θεραπειών για τη νόσο Αλτσχάιμερ.

«Εάν μπορέσουμε να εντοπίσουμε δυσρυθμισμένα γονίδια σε αυτά τα παλιά κύτταρα και να κατανοήσουμε τις λειτουργίες τους στην τοπική δομή της χρωματίνης, ίσως μπορέσουμε επίσης να εντοπίσουμε νέους πιθανούς θεραπευτικούς στόχους», δήλωσε ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης, Xingzhao Wen, υποψήφιος διδάκτορας βιοπληροφορικής στο εργαστήριο του Zhong.

Η μελέτη διαπίστωσε επίσης διαφορές μεταξύ των φύλων στον τρόπο με τον οποίο γερνούν τα εγκεφαλικά κύτταρα. Στον εγκεφαλικό φλοιό των γυναικών, οι ερευνητές διαπίστωσαν υψηλότερη αναλογία παλαιών ολιγοδενδροκυττάρων προς παλαιούς νευρώνες. Τα ολιγοδενδροκύτταρα είναι ένας τύπος εγκεφαλικών κυττάρων που σχηματίζουν ένα προστατευτικό στρώμα γύρω από τους νευρώνες. Δεδομένου του κρίσιμου ρόλου τους στη διατήρηση της φυσιολογικής λειτουργίας του εγκεφάλου, ο αυξημένος αριθμός παλαιών ολιγοδενδροκυττάρων μπορεί να επιδεινώσει τη γνωστική παρακμή.

«Η δυσανάλογη παρουσία γερασμένων ολιγοδενδροκυττάρων στον εγκεφαλικό φλοιό των γυναικών μπορεί να ρίξει νέο φως στους αυξημένους κινδύνους νευροεκφυλιστικών και ψυχιατρικών διαταραχών που παρατηρούνται στις γυναίκες», δήλωσε ο Wen.

Το επόμενο βήμα για τους ερευνητές θα είναι η περαιτέρω βελτιστοποίηση του MUSIC, ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον εντοπισμό παραγόντων - όπως ρυθμιστικά γονίδια και γενετικά κυκλώματα - που ευθύνονται για την επιταχυνόμενη γήρανση σε ορισμένα εγκεφαλικά κύτταρα.

«Στη συνέχεια, θα αναπτύξουμε στρατηγικές για την καταστολή της δραστηριότητας αυτών των γονιδίων ή κυκλωμάτων, ελπίζοντας να επιβραδύνουμε τη γήρανση του εγκεφάλου», δήλωσε ο Ζονγκ.

Τα αποτελέσματα της εργασίας περιγράφονται λεπτομερώς σε άρθρο που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature.