"MUSIC-kaart" näitab, et mõned ajurakud vananevad kiiremini

California Ülikooli San Diegos insenerid on avastanud, et mõned ajurakud vananevad kiiremini kui teised ja neid on Alzheimeri tõvega inimestel ebaproportsionaalselt palju. Teadlased täheldasid ka teatud ajurakkude vananemisprotsessi erinevusi soost olenevalt: naiste ajukoores on meeste ajukoorega võrreldes suurem osakaal "vanu" oligodendrotsüüte võrreldes "vanade" neuronitega.

Need avastused said teoks tänu uuele tehnikale nimega MUSIC (nukleiinhapete interaktsioonide kaardistamine üksikrakkudes), mis võimaldab teadlastel piiluda üksikute ajurakkude sisse ja kaardistada kromatiini – tihedalt keerdunud DNA vormi – ja RNA vahelisi interaktsioone. See tehnika võimaldab visualiseerida neid interaktsioone üksikute rakkude tasandil ja uurida, kuidas need mõjutavad geenide ekspressiooni.

„MUUSIKA on võimas tööriist, mis võimaldab meil saada sügavama ülevaate Alzheimeri tõve keerukatest aspektidest,“ ütles vanemteadur Sheng Zhong, professor Shu Chien-Gen Lai bioinseneri osakonnas Jacobsi insenerikoolis California ülikoolis San Diegos.

"Sellel tehnoloogial on potentsiaal avastada Alzheimeri tõve patoloogia aluseks olevaid uusi molekulaarseid mehhanisme, mis võiksid sillutada teed sihipärasematele terapeutilistele sekkumistele ja patsientide parematele tulemustele."

Inimese aju sisaldab keerukat rakkude võrgustikku, mis suhtlevad ja interakteeruvad keerukatel viisidel. Igas neis rakkudes interakteeruvad geneetilised komponendid, sealhulgas kromatiin ja RNA, dünaamiliselt, et määrata kriitilisi rakufunktsioone. Ajurakkude kasvades ja vananedes muutuvad need kromatiini ja RNA vahelised interaktsioonid. Ja need kompleksid võivad rakuti oluliselt erineda, eriti küpsetes rakkudes. Nende interaktsioonide keerukuste lahtimõtestamine on aga jäänud väljakutseks.

Appi tuli tehnika nimega MUSIC, mis annab akna üksikute ajurakkude sisemise töö sisse. MUSICi abil analüüsis Zhongi meeskond 14 doonorilt vanuses 59 aastat ja vanemad, kellest mõnel oli Alzheimeri tõbi ja mõnel mitte, surmajärgseid ajuproove, täpsemalt inimese otsmikukoore kude.

Nad leidsid, et erinevat tüüpi ajurakkudel ilmnesid kromatiini ja RNA vahelised interaktsioonid erinevalt. Huvitaval kombel näitasid rakud, millel oli vähem lühikesi kromatiini interaktsioone, vananemise ja Alzheimeri tõve märke.

„Kasutades seda transformatiivset tehnoloogiat üksikute rakkude analüüsimiseks, leidsime, et mõned ajurakud on vanemad kui teised,“ ütles Zhong. Ta selgitas, et Alzheimeri tõvega inimestel on neid vanemaid ajurakke rohkem kui tervetel inimestel.

Teadlased usuvad, et see avastus võib aidata välja töötada uusi Alzheimeri tõve ravimeetodeid.

"Kui me suudame tuvastada düsreguleeritud geene nendes vanades rakkudes ja mõista nende funktsioone kohalikus kromatiini struktuuris, võime tuvastada ka uusi potentsiaalseid terapeutilisi sihtmärke," ütles uuringu esimene autor Xingzhao Wen, bioinformaatika doktorant Zhongi laboris.

Uuringus leiti ka soolisi erinevusi ajurakkude vananemises. Naiste ajukoores leidsid teadlased vanade oligodendrotsüütide ja vanade neuronite suurema suhte. Oligodendrotsüüdid on ajurakkude tüüp, mis moodustavad neuronite ümber kaitsekihi. Arvestades nende olulist rolli normaalse ajufunktsiooni säilitamisel, võib vanade oligodendrotsüütide suurenenud arv süvendada kognitiivset langust.

„Vananevate oligodendrotsüütide ebaproportsionaalne esinemine naiste ajukoores võib heita uut valgust naistel täheldatud neurodegeneratiivsete ja psühhiaatriliste häirete suurenenud riskidele,“ ütles Wen.

Teadlaste järgmine samm on MUSICi edasine optimeerimine, et seda saaks kasutada selliste tegurite tuvastamiseks nagu regulatiivsed geenid ja geneetilised ahelad, mis vastutavad teatud ajurakkude kiirenenud vananemise eest.

"Seejärel töötame välja strateegiad nende geenide või ahelate aktiivsuse pärssimiseks, lootes aeglustada aju vananemist," ütles Zhong.

Töö tulemusi kirjeldatakse üksikasjalikult ajakirjas Nature avaldatud artiklis.