La "mappa della MUSICA" mostra che alcune cellule cerebrali invecchiano più velocemente

Gli ingegneri dell'Università della California, San Diego, hanno scoperto che alcune cellule cerebrali invecchiano più velocemente di altre e sono sproporzionatamente abbondanti nelle persone affette da Alzheimer. I ricercatori hanno anche osservato differenze nel processo di invecchiamento di alcune cellule cerebrali a seconda del genere: la corteccia cerebrale delle donne presenta una percentuale maggiore di oligodendrociti "vecchi" rispetto ai neuroni "vecchi" rispetto alla corteccia degli uomini.

Queste scoperte sono state rese possibili da una nuova tecnica chiamata MUSIC (mappatura delle interazioni degli acidi nucleici nelle singole cellule), che consente ai ricercatori di scrutare l'interno delle singole cellule cerebrali e mappare le interazioni tra cromatina – la struttura a spirale del DNA – e RNA. La tecnica permette di visualizzare queste interazioni a livello delle singole cellule e di studiarne l'influenza sull'espressione genica.

"La MUSICA è uno strumento potente che ci consente di acquisire una conoscenza più approfondita degli aspetti complessi del morbo di Alzheimer ", ha affermato l'autore principale dello studio Sheng Zhong, professore presso il Dipartimento di bioingegneria Shu Chien-Gen Lai presso la Jacobs School of Engineering dell'Università della California, San Diego.

"Questa tecnologia ha il potenziale per scoprire nuovi meccanismi molecolari alla base della patologia del morbo di Alzheimer, che potrebbero aprire la strada a interventi terapeutici più mirati e a risultati migliori per i pazienti."

Il cervello umano contiene una complessa rete di cellule che comunicano e interagiscono in modi complessi. All'interno di ciascuna di queste cellule, i componenti genetici, tra cui cromatina e RNA, interagiscono dinamicamente per determinare funzioni cellulari critiche. Man mano che le cellule cerebrali crescono e invecchiano, queste interazioni tra cromatina e RNA cambiano. E questi complessi possono variare notevolmente da cellula a cellula, soprattutto nelle cellule mature. Svelare la complessità di queste interazioni, tuttavia, è rimasta una sfida.

In soccorso è arrivata una tecnica chiamata MUSIC, che offre una finestra sul funzionamento interno delle singole cellule cerebrali. Utilizzando MUSIC, il team di Zhong ha analizzato campioni cerebrali post-mortem, in particolare tessuto della corteccia frontale umana, di 14 donatori di età pari o superiore a 59 anni, alcuni affetti da Alzheimer e altri no.

Hanno scoperto che diversi tipi di cellule cerebrali presentavano diversi modelli di interazioni tra cromatina e RNA. È interessante notare che le cellule con meno interazioni brevi con la cromatina tendevano a mostrare segni di invecchiamento e morbo di Alzheimer.

"Utilizzando questa tecnologia rivoluzionaria per analizzare le singole cellule, abbiamo scoperto che alcune cellule cerebrali sono più vecchie di altre", ha detto Zhong. Ha spiegato che le persone con Alzheimer avevano un numero maggiore di queste cellule cerebrali più vecchie rispetto alle persone sane.

I ricercatori ritengono che la scoperta potrebbe contribuire allo sviluppo di nuove terapie per la malattia di Alzheimer.

"Se riusciamo a identificare i geni disregolati in queste vecchie cellule e a comprenderne le funzioni nella struttura locale della cromatina, potremmo anche essere in grado di identificare nuovi potenziali bersagli terapeutici", ha affermato il primo autore dello studio Xingzhao Wen, dottorando in bioinformatica nel laboratorio di Zhong.

Lo studio ha anche rilevato differenze di genere nell'invecchiamento delle cellule cerebrali. Nella corteccia cerebrale delle donne, i ricercatori hanno riscontrato un rapporto più elevato tra oligodendrociti vecchi e neuroni vecchi. Gli oligodendrociti sono un tipo di cellule cerebrali che formano uno strato protettivo attorno ai neuroni. Dato il loro ruolo fondamentale nel mantenimento della normale funzione cerebrale, un numero maggiore di oligodendrociti vecchi può esacerbare il declino cognitivo.

"La presenza sproporzionata di oligodendrociti senescenti nella corteccia cerebrale delle donne potrebbe gettare nuova luce sui maggiori rischi di disturbi neurodegenerativi e psichiatrici osservati nelle donne", ha affermato Wen.

Il prossimo passo per i ricercatori sarà quello di ottimizzare ulteriormente MUSIC in modo che possa essere utilizzato per identificare fattori, come geni regolatori e circuiti genetici, responsabili dell'invecchiamento accelerato di alcune cellule cerebrali.

"Svilupperemo quindi delle strategie per sopprimere l'attività di questi geni o circuiti, nella speranza di rallentare l'invecchiamento del cervello", ha affermato Zhong.

I risultati del lavoro sono descritti in dettaglio in un articolo pubblicato sulla rivista Nature.