"Peta MUZIK menunjukkan bahawa beberapa sel otak menua lebih cepat

Jurutera di University of California, San Diego, telah mendapati bahawa beberapa sel otak menua lebih cepat daripada yang lain, dan ia tidak seimbang pada orang yang menghidap penyakit Alzheimer. Para penyelidik juga memerhatikan perbezaan dalam proses penuaan sel-sel otak tertentu bergantung kepada jantina: Korteks serebrum wanita mempunyai bahagian yang lebih tinggi daripada oligodendrocytes "lama" berbanding dengan neuron "lama" berbanding dengan korteks lelaki.

Penemuan ini dimungkinkan melalui teknik baharu yang dipanggil MUSIC (pemetaan interaksi asid nukleik dalam sel tunggal), yang membolehkan penyelidik melihat ke dalam sel otak individu dan memetakan interaksi antara kromatin - bentuk DNA yang bergelung rapat - dan RNA. Teknik ini memungkinkan untuk menggambarkan interaksi ini pada tahap sel individu dan mengkaji bagaimana ia mempengaruhi ekspresi gen.

"MUZIK ialah alat yang berkuasa yang membolehkan kita memperoleh gambaran yang lebih mendalam tentang aspek kompleks penyakit Alzheimer," kata pengarang kajian kanan Sheng Zhong, seorang profesor di Jabatan Kejuruteraan Bio Shu Chien-Gen Lai di Sekolah Kejuruteraan Jacobs di Universiti California, San Diego.

"Teknologi ini berpotensi untuk mendedahkan mekanisme molekul baharu yang mendasari patologi penyakit Alzheimer, yang boleh membuka jalan untuk campur tangan terapeutik yang lebih disasarkan dan hasil yang lebih baik untuk pesakit."

Otak manusia mengandungi rangkaian sel yang kompleks yang berkomunikasi dan berinteraksi dengan cara yang kompleks. Dalam setiap sel ini, komponen genetik, termasuk kromatin dan RNA, berinteraksi secara dinamik untuk menentukan fungsi selular yang kritikal. Apabila sel-sel otak membesar dan menua, interaksi antara kromatin dan RNA ini berubah. Dan kompleks ini boleh sangat berbeza dari sel ke sel, terutamanya dalam sel matang. Membongkar selok-belok interaksi ini, bagaimanapun, tetap menjadi cabaran.

Untuk menyelamatkan datang teknik yang dipanggil MUZIK, yang menyediakan tingkap ke dalam kerja dalaman sel-sel otak individu. Menggunakan MUSIC, pasukan Zhong menganalisis sampel otak postmortem, khususnya tisu korteks hadapan manusia, daripada 14 penderma berumur 59 tahun ke atas, ada yang menghidap penyakit Alzheimer dan ada yang tidak.

Mereka mendapati bahawa pelbagai jenis sel otak mempamerkan corak interaksi yang berbeza antara kromatin dan RNA. Menariknya, sel-sel dengan kurang interaksi kromatin pendek cenderung menunjukkan tanda-tanda penuaan dan penyakit Alzheimer.

"Dengan menggunakan teknologi transformatif ini untuk menganalisis sel individu, kami mendapati bahawa beberapa sel otak lebih tua daripada yang lain," kata Zhong. Beliau menjelaskan bahawa penghidap Alzheimer mempunyai bilangan sel otak yang lebih tua ini lebih tinggi daripada orang yang sihat.

Penyelidik percaya penemuan itu boleh membantu membangunkan rawatan baharu untuk penyakit Alzheimer.

"Jika kita dapat mengenal pasti gen yang tidak terkawal dalam sel-sel lama ini dan memahami fungsinya dalam struktur kromatin tempatan, kita juga mungkin dapat mengenal pasti sasaran terapeutik yang berpotensi baru, " kata pengarang pertama kajian Xingzhao Wen, calon PhD bioinformatik di makmal Zhong.

Kajian itu juga mendapati perbezaan jantina dalam bagaimana sel-sel otak berumur. Dalam korteks serebrum wanita, para penyelidik mendapati nisbah oligodendrosit lama yang lebih tinggi kepada neuron lama. Oligodendrocytes adalah sejenis sel otak yang membentuk lapisan pelindung di sekeliling neuron. Memandangkan peranan penting mereka dalam mengekalkan fungsi otak yang normal, peningkatan bilangan oligodendrosit lama boleh memburukkan lagi penurunan kognitif.

"Kehadiran oligodendrocytes senescent yang tidak seimbang dalam korteks serebrum wanita mungkin memberi penerangan baru tentang peningkatan risiko gangguan neurodegeneratif dan psikiatri yang diperhatikan pada wanita, " kata Wen.

Langkah seterusnya untuk penyelidik adalah untuk mengoptimumkan lagi MUZIK supaya ia boleh digunakan untuk mengenal pasti faktor-seperti gen pengawalseliaan dan litar genetik-yang bertanggungjawab untuk penuaan dipercepatkan dalam sel-sel otak tertentu.

"Kami kemudiannya akan membangunkan strategi untuk menyekat aktiviti gen atau litar ini, dengan harapan dapat melambatkan penuaan otak, " kata Zhong.

Hasil kerja diterangkan secara terperinci dalam artikel yang diterbitkan dalam jurnal Nature.