Naukowcy zidentyfikowali odrębne szlaki komórkowe w starzejących się mózgach, które prowadzą do: Alzheimeraoferując nowe możliwości spersonalizowanego leczenia w celu opóźnienia choroby lub zapobiegania jej.
Niedawne badanie rozwiązało wieloletnią zagadkę badań nad starzeniem się: czy demencja związana z chorobą Alzheimera jest formą przyspieszonego starzenia się, czy też stanowi inną drogę prowadzącą do starzenia się mózgu? W ramach wspólnych międzynarodowych wysiłków badacze zmapowali 1,65 miliona komórek z 437 starzejących się mózgów i zidentyfikowali wyraźne zmiany komórkowe. Odkrycia ujawniły dwie rozbieżne ścieżki starzenia się mózgu – jedną prowadzącą do choroby Alzheimera, a drugą do zdrowszej formy starzenia się mózgu.
Wskazują również na specyficzne sygnatury komórkowe, które według przewidywań spowodują postęp choroby, gdy pojawią się w starzejącym się mózgu. Odkrycia te dają nowy wgląd w rozwój choroby i różnice w jej przebiegu od zdrowego starzenia się mózgu. Ponieważ te zmiany w komórkach mózgowych mogą wystąpić na wiele lat przed wystąpieniem objawów i utratą pamięci, odkrycie to otwiera drzwi do medycyny spersonalizowanej, która mogłaby zmienić postęp choroby i poprawić rokowanie u osób z grupy ryzyka.
Nowe badanie, opublikowane w Naturakierowany przez międzynarodowy zespół, w skład którego wchodzą dr Naomi Habib i Gilad Green z Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie, dr Philip L. De Jager i dr Vilas Menon z Uniwersytet Kolumbii Irving Medical Center, dr David Bennett z Rush Alzheimer’s Disease Center i dr Hyun-Sik Yang z Harvard Medical School odkryli kluczowe spostrzeżenia na temat dynamiki komórkowej, która przyczynia się do starzenia się mózgu oraz zdarzeń komórkowych prowadzących do wystąpienia i postępu choroby Alzheimera choroba (AD).
Tworząc jedno z największych zasobów w dziedzinie starzenia się mózgu, mapując ponad 1,65 miliona komórek z 437 starzejących się mózgów i opracowując nowe uczenie maszynowe (AI) zespół badawczy odkrył odrębne ścieżki komórkowe starzenia się mózgu, co stanowi podstawę do spersonalizowanego rozwoju terapii ukierunkowanej na chorobę Alzheimera.
Mapowanie starzenia się mózgu: bliższe spojrzenie na komórki mózgowe
W badaniu tym przyjęto dogłębne podejście do mapowania środowiska komórkowego mózgu, analizując unikalny zbiór danych obejmujący 1,65 miliona pojedynczych jąder RNA profile sekwencjonowania z kory przedczołowej 437 starszych osób dorosłych w kohorcie ROSMAP na Uniwersytecie Rush w Chicago, IL, USA. Dzięki tak dużemu zbiorowi danych badacze byli w stanie wskazać konkretne grupy komórek glejowych i neuronalnych powiązane z cechami związanymi z chorobą Alzheimera (AD).
Co więcej, w badaniu skupiono się na złożonej dynamice komórek mózgowych w miarę postępu starzenia się i choroby, wykorzystując nowy algorytm o nazwie BEYOND do modelowania tej dynamiki. Podejście to ujawniło dwie odrębne ścieżki starzenia się mózgu, z których każda charakteryzuje się stopniowymi, skoordynowanymi zmianami w odrębnych grupach komórek, które naukowcy nazwali „społecznościami komórkowymi” w mózgu.
Co ciekawe, wykazali, że jedna z tych ścieżek prowadzi do choroby Alzheimera, stopniowo prowadzącej do demencji – charakteryzującej się utratą pamięci i pogorszeniem funkcji poznawczych, podczas gdy druga stanowi zdrowszą formę starzenia się mózgu nie związaną z chorobą Alzheimera. Naukowcy przewidują, że te zmiany komórkowe, które rozpoczynają się wcześnie – zanim pojawią się jakiekolwiek kliniczne objawy demencji – aktywnie determinują los starzejącego się mózgu i postęp choroby.
Ważne odkrycia w chorobie Alzheimera
Choroba Alzheimera charakteryzuje się charakterystycznymi patologiami mózgu, przy czym klasyczna teoria amyloidu AD opisuje kaskadę zdarzeń, które, jak się uważa, następuje po postępie choroby – począwszy od gromadzenia się płytek amyloidowych-β, które następnie prowadzą do gromadzenia się toksycznych splotów neurofilamentów , co ostatecznie prowadzi do znacznego uszkodzenia neuronów i objawów klinicznej demencji.
Komórki glejowe, takie jak mikroglej i astrocyty, są komórkami pomocniczymi, które mają kluczowe znaczenie dla prawidłowego funkcjonowania mózgu i komórek nerwowych, choć dopiero niedawno zasugerowano, że biorą udział w kaskadzie prowadzącej do choroby Alzheimera. Na przykład poprzedni artykuł opublikowany w Neuronauka przyrodnicza w 2023 r., kierowany przez ten sam zespół z Anael Cain, doktorantką w laboratorium Habib, położył podwaliny naukowe pod ustalenia dotyczące określonych społeczności komórkowych i komórek glejowych powiązanych z chorobą Alzheimera. Kluczowym odkryciem tego badania jest identyfikacja konkretnych komórek glejowych, które według przewidywań przyczyniają się do postępu choroby.
W bieżącym badaniu odsłonięto dwa różne podzbiory komórek mikrogleju, oba powiązane ze zmienionym metabolizmem lipidów: zespół przewidywał, że jeden z nich powoduje gromadzenie się płytek amyloidu-β, co jest początkową patologią charakterystyczną dla choroby Alzheimera, podczas gdy drugi ma powodować późniejsze powstawanie splątków neurofilamentowych. Zespół zwrócił także uwagę na grupę komórek astrocytów, które bezpośrednio wpływają na pogorszenie funkcji poznawczych, rzucając więcej światła na złożone interakcje między różnymi komórkami mózgowymi w postępie choroby Alzheimera i podkreślając kluczową rolę, jaką komórki glejowe odgrywają w postępie choroby.
Wpływ na rozwój spersonalizowanego leczenia
„Wnioski z tych badań zapewniają świeże zrozumienie rozwoju choroby Alzheimera już od bardzo wczesnych stadiów, czego nie można było zmierzyć bez naszego dużego zbioru danych i unikalnego podejścia algorytmicznego” – powiedział dr Habib – „poprzez identyfikację konkretnych zaangażowanych komórek w przypadku każdej unikalnej ścieżki starzenia się mózgu, choroby Alzheimera i starzenia alternatywnego, utorowaliśmy drogę do wczesnej identyfikacji osób zagrożonych chorobą Alzheimera i opracowania ukierunkowanych terapii dla każdej formy starzenia się mózgu, aby promować zdrowe starzenie się”.
Odkrycia stanowią komórkowe podstawy do zrozumienia różnych ścieżek prowadzących do choroby Alzheimera. Wiedza ta jest niezbędna do opracowania spersonalizowanych metod leczenia, które mogą działać na poziomie komórkowym i potencjalnie zmieniać przebieg choroby.
Odniesienie: „Społeczności komórkowe ujawniają trajektorie starzenia się mózgu i choroby Alzheimera” Gilad Sahar Green, Masashi Fujita, Hyun-Sik Yang, Mariko Taga, Anael Cain, Cristin McCabe, Natacha Comandante-Lou, Charles C. White, Anna K. Schmidtner , Lu Zeng, Alina Sigalov, Yangling Wang, Aviv Regev, Hans-Ulrich Klein, Vilas Menon, David A. Bennett, Naomi Habib i Philip L. De Jager, 28 sierpnia 2024 r., Natura.
DOI: 10.1038/s41586-024-07871-6
