Свежий взгляд на воспаление и старение мозга

Результаты нового исследования ученых из Гарварда, только что опубликованные в Клетка предлагают понимание взаимосвязи между воспалением и когнитивными нарушениями, которые мы испытываем с возрастом, и предполагают возможность того, что это может быть результатом своего рода клеточной цепной реакции.

«Понимание старения — одна из важнейших целей биомедицины», — сказал Сяовей Чжуан, профессор Дэвида Б. Арнольда-младшего на кафедре химии и химической биологии, профессор физики, исследователь Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI) и один из авторов газеты. «Это также очень сложная проблема. Одна из причин заключается в том, что мозг очень сложен. Он содержит исключительно большое разнообразие клеток со множеством различных типов нейронов и ненейронных клеток, образующих сложные взаимодействующие сети».

Чтобы изучить такую ​​сложную систему, исследователи использовали метод визуализации, известный как MERFISH, разработанный лабораторией Zhuang, которая имеет большой опыт в изобретении новых методов визуализации и их применении для изучения биологических систем. MERFISH (для Multiplexed Error Robust Fluorescence In Situ Hybridization) способен одновременно измерять не только тысячи типов РНК или тысячи генов в клетках, но и выявлять пространственные отношения между ними.

MERFISH позволил исследователям создавать «атласы экспрессии генов», изучая «соседские отношения» между клетками, объяснила Кэтрин Дюлак, профессор Университета Сэмюэля В. Морриса на кафедре молекулярной и клеточной биологии, исследователь HHMI и еще один из авторов статьи. С помощью MERFISH, сказал Дюлак, «можно наблюдать не только за изменениями в экспрессии генов в разные возрастные периоды, но и за изменениями в экспрессии генов, в частности, в типах клеток, связанных с их пространственным расположением».

Применяя этот комплексный подход к мозгу мышей, Уильям Э. Аллен, младший научный сотрудник Гарвардского университета, и два других исследователя, Тимоти Р. Блоссер и Зури А. Салливан из лабораторий Чжуан и Дюлак, определили, как нейроны — или нервные — клетки и ненейронные клетки изменились в процессе старения. В частности, исследование показало, что старение и воспаление влияют на то, как гены экспрессируются клетками, сходным и различным образом, а также пространственно зависимым образом.

«Идея о том, что часть процесса старения мозга связана с воспалением, уже была выдвинута гипотезой», — сказал Дюлак. «Экспериментальные стратегии, которые мы использовали — MERFISH в сочетании с секвенированием РНК одиночных клеток — позволили нам взглянуть на процесс старения очень конкретно и с высокой степенью детализации».

«Мы обнаружили, что ненейрональные клетки, такие как глиальные и иммунные клеткипретерпевают более выраженные изменения в экспрессия генов и состояния клеток, чем нейроны. И эти изменения в мозгу происходят неравномерно», — сказал Чжуан, отметив, что в подкорковом белом веществе наблюдаются более выраженные изменения, чем в серое вещество, особенно в ненейрональных олигодендроцитах, астроцитах и ​​микроглии. «Поскольку эти различные клетки обеспечивают эффективные электрические импульсы через мозг, производя миелиновой оболочки вокруг аксонов, а также обеспечивают метаболическую поддержку нейронов, модулируют синаптические функции и обеспечивают иммунный надзор, — сказал Чжуан, — эти изменения могут иметь прямое влияние на функцию нейронных цепей».

«Если олигодендроциты не здоровы и начинают терять миелин», это может запустить цепную реакцию, затрагивающую нейроны, а также ненейронные клетки, которые «в основном нарушат многие функции во всем мозге», — сказал Дюлак.

Это было поразительно, сказал Дюлак, потому что «в конечном итоге старение связано с ухудшением когнитивных функций, которое напрямую связано с функцией нейронов. воспаление затрагивает в первую очередь ненейронные клеткичто, в свою очередь, приводит к нарушению функции нейронов».

Разрушение этого процесса дает возможность повлиять на него, если не остановить его. «Если бы существовали способы с помощью образа жизни, например, с помощью диеты, физических упражнений или других процессов, действительно уменьшить воспалительный процесс, связанный со старением, то старение мозга и связанные с ним нарушения также могли бы быть уменьшены», — сказал Дюлак.

На данный момент эти результаты представляют собой дорожную карту для текущих исследований, исследований, которые стали возможными благодаря таким методам, как MERFISH. Возможность «всестороннего анализа всех типов клеток и очень большого количества генов в неповрежденной ткани обеспечивает богатый источник информации, которая может позволить нам генерировать новые гипотезы для будущих исследований», — сказал Дюлак.

Сотрудничество между двумя исследователями началось более десяти лет назад. «Несколько лет назад Сяовэй связалась со мной, потому что ее лаборатория только что разработала технологию микроскопии сверхвысокого разрешения STORM, и ей было очень интересно посмотреть на работу мозга с ее помощью», — вспоминает Дюлак. «Это побудило нас инициировать замечательное сотрудничество, в рамках которого мы впервые смогли наблюдать синапсы мозга в сверхвысоком разрешении». Их первая совместная работа, опубликованная 12 лет назад, привела к ряду текущих проектов, включающих новые методы и дополнительные навыки исследователей.

Чжуан также с большим энтузиазмом рассказывает о своем сотрудничестве с Дюлаком. «В нашем сотрудничестве один плюс один намного больше, чем два», — сказал Чжуан. «Хотя многие наши совместные работы инициируются разговорами между Кэтрин и мной, в этом исследовании старения мозга мышей сотрудничество было инициировано Уиллом Алленом, первоклассным младшим научным сотрудником, который заинтересован в исследованиях в обеих наших лабораториях».

Предоставлено Гарвардской газетой

Этот рассказ опубликован с любезного разрешения Гарвардская газета, официальная газета Гарвардского университета. Чтобы узнать больше об университете, посетите Harvard.edu.