Новые технологии раскрывают крест

Предыдущее изображение Следующее изображение

После десятилетий фундаментальных научных исследований и открытий новых лекарств болезнь Альцгеймера осталась непостижимой и неизлечимой, при минимальном терапевтическом прогрессе. Но в новой обзорной статье в журнале Nature Neuroscience ученые Массачусетского технологического института пишут, что, используя новые исследовательские возможности профилирования отдельных клеток, эта область быстро достигла долгожданных открытий с большим потенциалом как для объяснения болезни Альцгеймера, так и для того, чтобы сделать что-то значимое в отношении нее. Например, анализируя эти новые данные, авторы показывают, что нарушения при заболевании сходятся в пяти основных областях клеточных функций или «путях» в каждом из пяти основных типов клеток головного мозга.

Технологии профилирования отдельных клеток позволяют проводить комплексные измерения генетической активности в отдельных клетках, например, уровня РНК, которая транскрибируется с ДНК, что позволяет оценить функции и роль клеток в биологии мозга и патологии заболеваний. . Технологии профилирования отдельных клеток выходят за рамки секвенирования генома, которое каталогизирует ДНК, присутствующую почти в каждой клетке человека, и показывают, как каждая клетка уникальным образом использует этот общий набор инструкций. Изучая болезнь Альцгеймера, ученые использовали профилирование отдельных клеток, чтобы увидеть, как различные клетки мозга, такие как отдельные типы нейронов, микроглии и астроцитов, действуют по-разному при заболевании по сравнению с тем, как они ведут себя в здоровом мозге.

В статье аспирант факультета мозговых и когнитивных наук Массачусетского технологического института Митч Мердок и профессор Пикауэра Ли-Хуэй Цай, директор Института Пикауэра по обучению, памяти и старению мозга Массачусетского технологического института, пишут, что, хотя результаты исследований по профилированию одиночных клеток подтверждают, что Ужасные последствия этой болезни сложны и далеко идущие; по-видимому, также существует пять путей, которые нарушаются в каждом из пяти основных типов клеток. Исследование этих путей, пишут они, может дать ценные биомаркеры заболеваний и поставить значимые цели для терапевтического вмешательства:

Для каждого из этих путей в нейронах, микроглии, астроцитах, олигодендроцитах и ​​клетках-предшественниках олигодендроцитов Цай и Мердок выявили специфические различия в регуляции генов, обнаруженные в исследованиях отдельных клеток, которые значительно наблюдаются в мозге пациентов с болезнью Альцгеймера или на моделях мышей по сравнению со здоровыми клетками. контрольные образцы.

Например, Цай и Мердок выделяют более дюжины генов, все из которых тесно вовлечены в переработку липидов, экспрессия которых по-разному изменяется в различных клетках префронтальной коры головного мозга. В качестве другого примера они показывают, что все пять типов клеток демонстрируют нарушения репарации ДНК, хотя и за счет изменения экспрессии разных генов в каждом из них.

«Путем определения уязвимых типов клеток и молекулярных программ, которые их порождают, терапевтические вмешательства могут обратить вспять аберрантные клеточные траектории», — пишут Мердок и Цай в журнале Nature Neuroscience. «Хотя многие транскрипционные изменения специфичны для каждого типа клеток, эти изменения в конечном итоге могут сходиться на общих сигнальных путях между типами клеток, которые могут представлять собой мишени для новых терапевтических стратегий».

Конечно, отмечают авторы, предстоит еще много работы, как по уточнению и совершенствованию методов одноклеточных исследований, так и по использованию новых связанных возможностей. В документе отмечается ряд проблем, которые необходимо тщательно учитывать при получении достоверных результатов профилирования отдельных клеток, в том числе о том, где в мозгу берут образцы клеток для секвенирования, от кого и в каком состоянии. Более того, не всегда просто показать, как изменения в экспрессии генов обязательно влияют на биологию, и еще труднее понять, окажется ли какое-либо конкретное вмешательство, например направленное на изменение путей воспаления, безопасным и эффективным в качестве терапии.

Между тем, будущие направления могут включать более широкое использование «пространственной транскриптомики», которая измеряет транскрипцию генов в клетках мозга, где они расположены, вместо того, чтобы удалять их для анализа. Исследования следует расширить, включив в них больше человеческих образцов, чтобы можно было полностью учесть различные заболевания и демографические различия. Наборы данных должны быть общими и интегрированными, пишут авторы, и необходимо лучше сравнивать образцы людей и мышей, чтобы лучше понять, насколько хорошо или нет они перекрываются.