La "mappa MUSIC" 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 con malattia di Alzheimer. Inoltre, i ricercatori hanno osservato differenze nel processo di invecchiamento di alcune cellule cerebrali a seconda del genere: nella corteccia cerebrale delle donne c'era una percentuale maggiore di oligodendrociti "vecchi" rispetto ai neuroni "vecchi" rispetto alla corteccia negli 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 guardare all'interno delle singole cellule cerebrali e mappare le interazioni tra la cromatina - la forma strettamente ripiegata del DNA - e l'RNA. Questa tecnica ci consente di visualizzare queste interazioni a livello di singola cellula e studiare come influenzano l'espressione genica.

"La MUSICA è uno strumento potente che ci consente di approfondire gli aspetti complessi del morbo di Alzheimer", ha affermato l'autore senior dello studio Sheng Zhong, professore di bioingegneria a Shu Chien. Gena 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 migliori risultati per i pazienti."

Il cervello umano contiene una complessa rete di cellule che comunicano e interagiscono in modi complessi. In ciascuna di queste cellule esiste un'interazione dinamica di componenti genetici, tra cui cromatina e RNA, che determinano le funzioni cellulari essenziali. Man mano che le cellule cerebrali crescono e invecchiano, queste interazioni tra cromatina e RNA cambiano. E in ogni cellula questi complessi possono variare notevolmente, soprattutto nelle cellule mature. Tuttavia, svelare le sottigliezze di queste interazioni è rimasta una sfida.

La tecnica MUSIC è venuta in soccorso, offrendo l'opportunità di esaminare il 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, ottenuti da 14 donatori di età pari o superiore a 59 anni, alcuni con malattia di Alzheimer e altri senza.

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

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

I ricercatori ritengono che questa scoperta potrebbe aiutare a sviluppare nuovi trattamenti 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, possiamo anche identificare nuovi potenziali bersagli terapeutici", ha affermato il primo autore dello studio Xingzhao Wen, dottorando in bioinformatica nel laboratorio di Zhong.

Lo studio ha inoltre rilevato differenze sessuali nell'invecchiamento delle cellule cerebrali. Nella corteccia cerebrale delle donne, i ricercatori hanno trovato un rapporto più elevato tra vecchi oligodendrociti e vecchi neuroni. 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 vecchi oligodendrociti può esacerbare il declino cognitivo.

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

Successivamente, i ricercatori lavoreranno per ottimizzare ulteriormente la MUSICA per utilizzarla per identificare fattori, come geni regolatori e circuiti genetici, responsabili dell'invecchiamento accelerato in alcune cellule cerebrali.

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

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