'מפת מוזיקה' מראה כמה תאי מוח מזדקנים מהר יותר

מהנדסי אוניברסיטת קליפורניה, סן דייגו גילו שתאי מוח מסוימים מזדקנים מהר יותר מאחרים, והם נמצאים בשפע באופן לא פרופורציונלי באנשים עם מחלת אלצהיימר. בנוסף, החוקרים צפו בהבדלים בתהליך ההזדקנות של תאי מוח מסוימים בהתאם למין: בקליפת המוח של נשים היה שיעור גבוה יותר של אוליגודנדרוציטים "ישנים" בהשוואה לנוירונים "ישנים" בהשוואה לקליפת המוח בגברים. p>

תגליות אלו התאפשרו על ידי טכניקה חדשה בשם MUSIC (מיפוי של אינטראקציות חומצות גרעין בתאים בודדים), המאפשרת לחוקרים להסתכל בתוך תאי מוח בודדים ולמפות את האינטראקציות בין כרומטין - הצורה המקופלת בחוזקה של DNA - ל-RNA. טכניקה זו מאפשרת לנו לדמיין את האינטראקציות הללו ברמת התא הבודד וללמוד כיצד הן משפיעות על ביטוי הגנים.

"מוזיקה היא כלי רב עוצמה המאפשר לנו להעמיק בהיבטים המורכבים של מחלת אלצהיימר", אמר מחבר המחקר הבכיר שנג ז'ונג, פרופסור להנדסה ביולוגית של שו צ'יין. ג'נה לאי בבית הספר להנדסה ג'ייקובס באוניברסיטת קליפורניה, סן דייגו.

"לטכנולוגיה הזו יש פוטנציאל לחשוף מנגנונים מולקולריים חדשים העומדים בבסיס הפתולוגיה של מחלת האלצהיימר, מה שעשוי לסלול את הדרך להתערבויות טיפוליות ממוקדות יותר ולשיפור תוצאות המטופל."

המוח האנושי מכיל רשת מורכבת של תאים המתקשרים ומקיימים אינטראקציה בדרכים מורכבות. בכל אחד מהתאים הללו קיימת אינטראקציה דינמית של רכיבים גנטיים, כולל כרומטין ו-RNA, הקובעים תפקודים תאיים חיוניים. ככל שתאי המוח גדלים ומזדקנים, האינטראקציות הללו בין כרומטין ל-RNA משתנות. ובכל תא הקומפלקסים הללו יכולים להשתנות מאוד, במיוחד בתאים בוגרים. עם זאת, פירוק הדקויות של אינטראקציות אלו נותר אתגר.

טכניקת ה-MUSIC באה להציל, ומספקת הזדמנות להסתכל על הפעילות הפנימית של תאי מוח בודדים. באמצעות MUSIC, הצוות של Zhong ניתח דגימות מוח שלאחר המוות, במיוחד רקמת קליפת מוח קדמית אנושית, שהתקבלו מ-14 תורמים בני 59 ומעלה, חלקם עם מחלת אלצהיימר וחלקם ללא.

הם גילו שסוגים שונים של תאי מוח מציגים דפוסי אינטראקציה שונים בין כרומטין ל-RNA. מעניין לציין שתאים עם פחות אינטראקציות כרומטין קצרות נטו להראות סימני הזדקנות ומחלת אלצהיימר.

"באמצעות טכנולוגיה טרנספורמטיבית זו כדי לנתח תאים בודדים, מצאנו שתאי מוח מסוימים מבוגרים יותר מאחרים", אמר ג'ונג. הוא הסביר שלאנשים עם מחלת אלצהיימר יש מספר גבוה יותר של תאי מוח ישנים אלה בהשוואה לאנשים בריאים.

חוקרים מאמינים שתגלית זו יכולה לסייע בפיתוח טיפולים חדשים למחלת אלצהיימר.

"אם נוכל לזהות גנים לא מווסתים בתאים הישנים האלה ולהבין את תפקידיהם במבנה הכרומטין המקומי, נוכל גם לזהות מטרות טיפוליות פוטנציאליות חדשות", אמר מחבר המחקר הראשון Xingzhao Wen, מועמד לדוקטורט בביואינפורמטיקה במעבדה של ג'ונג.

המחקר מצא גם הבדלים בין המינים בהזדקנות תאי המוח. בקליפת המוח של נשים, חוקרים מצאו יחס גבוה יותר בין אוליגודנדרוציטים ישנים לנוירונים ישנים. אוליגודנדרוציטים הם סוג של תאי מוח היוצרים שכבת הגנה סביב נוירונים. לאור תפקידם הקריטי בשמירה על תפקוד מוח תקין, מספר מוגבר של אוליגודנדרוציטים ישנים עלול להחמיר את הירידה הקוגניטיבית.

"הנוכחות הלא פרופורציונלית של אוליגודנדרוציטים ישנים בקליפת המוח של נשים עשויה לשפוך אור חדש על הסיכון המוגבר להפרעות נוירודגנרטיביות ופסיכיאטריות שנצפו בנשים", אמר וון.

לאחר מכן, החוקרים יפעלו לייעל עוד יותר את המוזיקה כדי להשתמש בה כדי לזהות גורמים - כגון גנים רגולטוריים ומעגלים גנטיים - האחראים להזדקנות מואצת בתאי מוח מסוימים.

"לאחר מכן נפתח אסטרטגיות לדיכוי הפעילות של הגנים או המעגלים הללו, בתקווה להאט את הזדקנות המוח", אמר ג'ונג.

תוצאות העבודה מתוארות בפירוט במאמר שפורסם במגזין Nature.