Ipinapakita ng 'MUSIC map' ang ilang brain cells na mas mabilis na tumatanda

Natuklasan ng mga inhinyero ng Unibersidad ng California, San Diego na ang ilang mga selula ng utak ay mas mabilis na tumatanda kaysa sa iba, at ang mga ito ay napakarami sa mga taong may Alzheimer's disease. Bilang karagdagan, napansin ng mga mananaliksik ang mga pagkakaiba sa proseso ng pagtanda ng ilang mga selula ng utak depende sa kasarian: sa cerebral cortex ng mga kababaihan ay may mas mataas na proporsyon ng "lumang" oligodendrocytes kumpara sa "lumang" neuron kumpara sa cortex sa mga lalaki. p>

Ang mga pagtuklas na ito ay ginawang posible sa pamamagitan ng isang bagong pamamaraan na tinatawag na MUSIC (pagma-map ng mga pakikipag-ugnayan ng nucleic acid sa mga solong selula), na nagpapahintulot sa mga mananaliksik na tingnan ang loob ng mga indibidwal na selula ng utak at imapa ang mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng chromatin - ang mahigpit na nakatiklop na anyo ng DNA - at RNA. Binibigyang-daan kami ng diskarteng ito na mailarawan ang mga pakikipag-ugnayang ito sa antas ng single-cell at pag-aralan kung paano nakakaapekto ang mga ito sa pagpapahayag ng gene.

“Ang MUSIC ay isang makapangyarihang tool na nagbibigay-daan sa amin upang mas malaliman ang mga kumplikadong aspeto ng Alzheimer's disease," sabi ng senior author ng pag-aaral na si Sheng Zhong, Shu Chien Professor ng Bioengineering. Gena Lai sa Jacobs School of Engineering sa University of California, San Diego.

“Ang teknolohiyang ito ay may potensyal na tumuklas ng mga bagong molecular mechanism na pinagbabatayan ng Alzheimer's disease pathology, na maaaring magbigay daan para sa mas naka-target na mga therapeutic intervention at pinahusay na resulta ng pasyente.”

Ang utak ng tao ay naglalaman ng isang kumplikadong network ng mga cell na nakikipag-ugnayan at nakikipag-ugnayan sa mga kumplikadong paraan. Sa bawat isa sa mga cell na ito, mayroong isang dynamic na interaksyon ng mga genetic na bahagi, kabilang ang chromatin at RNA, na tumutukoy sa mahahalagang cellular function. Habang lumalaki at tumatanda ang mga selula ng utak, nagbabago ang mga pakikipag-ugnayang ito sa pagitan ng chromatin at RNA. At sa bawat cell ang mga complex na ito ay maaaring mag-iba nang malaki, lalo na sa mga mature na selula. Gayunpaman, nananatiling isang hamon ang pag-alis ng mga subtlety ng mga pakikipag-ugnayang ito.

Ang MUSIC technique ay dumating upang iligtas, na nagbibigay ng pagkakataong tingnan ang panloob na paggana ng mga indibidwal na selula ng utak. Gamit ang MUSIC, sinuri ng team ni Zhong ang mga post-mortem brain sample, partikular ang human frontal cortex tissue, na nakuha mula sa 14 na donor na may edad na 59 taong gulang o mas matanda, ang ilan ay may Alzheimer's disease at ang ilan ay wala.

Nalaman nila na ang iba't ibang uri ng mga selula ng utak ay nagpapakita ng iba't ibang pattern ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng chromatin at RNA. Kapansin-pansin, ang mga cell na may mas kaunting maiikling pakikipag-ugnayan ng chromatin ay malamang na magpakita ng mga senyales ng pagtanda at Alzheimer's disease.

"Gamit ang transformative na teknolohiyang ito upang pag-aralan ang mga solong cell, nalaman namin na ang ilang mga brain cell ay mas matanda kaysa sa iba," sabi ni Zhong. Ipinaliwanag niya na ang mga taong may Alzheimer's disease ay may mas mataas na bilang ng mga lumang selula ng utak na ito kumpara sa mga malulusog na tao.

Naniniwala ang mga mananaliksik na ang pagtuklas na ito ay maaaring makatulong sa pagbuo ng mga bagong paggamot para sa Alzheimer's disease.

“Kung matutukoy natin ang mga dysregulated na gene sa mga lumang cell na ito at mauunawaan ang kanilang mga function sa lokal na istruktura ng chromatin, matutukoy din natin ang mga bagong potensyal na therapeutic target,” sabi ng unang may-akda ng pag-aaral na si Xingzhao Wen, isang kandidato ng PhD sa bioinformatics sa lab ni Zhong.

Natuklasan din ng pag-aaral ang mga pagkakaiba sa kasarian sa pagtanda ng mga selula ng utak. Sa cerebral cortex ng mga kababaihan, natagpuan ng mga mananaliksik ang isang mas mataas na ratio ng mga lumang oligodendrocytes sa mga lumang neuron. Ang mga oligodendrocytes ay isang uri ng selula ng utak na bumubuo ng proteksiyon na layer sa paligid ng mga neuron. Dahil sa kanilang kritikal na papel sa pagpapanatili ng normal na paggana ng utak, ang pagtaas ng bilang ng mga lumang oligodendrocytes ay maaaring magpalala ng paghina ng cognitive.

"Ang hindi katimbang na presensya ng mga lumang oligodendrocytes sa cerebral cortex ng mga kababaihan ay maaaring magbigay ng bagong liwanag sa mas mataas na panganib ng neurodegenerative at psychiatric disorder na naobserbahan sa mga kababaihan," sabi ni Wen.

Susunod, magsisikap ang mga mananaliksik na higit pang i-optimize ang MUSIC para magamit ito para matukoy ang mga salik—gaya ng mga regulatory gene at genetic circuit—na responsable para sa pinabilis na pagtanda sa ilang mga selula ng utak.

“Pagkatapos, bubuo kami ng mga estratehiya upang sugpuin ang aktibidad ng mga gene o circuit na ito, na umaasang mapabagal ang pagtanda ng utak,” sabi ni Zhong.

Ang mga resulta ng trabaho ay inilarawan nang detalyado sa isang artikulong inilathala sa Nature magazine.