6 Minutės
Nauji įrodymai nukreipia dėmesį į smegenų išorines gynybas
Naujausi Gladstone instituto ir UCSF atlikti tyrimai keičia mūsų supratimą apie neurodegeneracinių ligų riziką. Vietoj to, kad rizikos veiksniai kilę vien tik iš neuronų, genetiniai rizikos faktoriai tokioms būklėms kaip Alzheimerio liga ir insultas aiškiai veikia specializuotas ląsteles, sudarančias smegenų išorinį barjerą: kraujagyslių ir imuninės ląsteles, esančias kraujas–smegenų barjere. Ši nauja perspektyva, publikuota žurnale Neuron, rodo, kad pažeidžiamumas smegenų apsauginiame sluoksnyje gali inicijuoti arba sustiprinti ligos procesus.
Mokslinis fonas: kraujas–smegenų barjeras ir reguliacinė DNR
Smegenims veikti reikia ne tik neuroninių tinklų. Kraujagyslės, perivaskuliarinės palaikomosios ląstelės ir imuninės ląstelės bendradarbiauja formuodamos kraujas–smegenų barjerą — selektyvią sąsają, kuri kontroliuoja maistinių medžiagų patekimą, šalina metabolinius liekanus ir blokuoja patogenus bei toksinus. Dešimtmečius visuotiniai asociacijų genominiai tyrimai (GWAS) siejo daugelį DNR variantų su neurodegeneracinėmis ir cerebrovaskulinėmis ligomis. Tačiau daugiau nei 90% šių variantų randami už baltymus koduojančių sekų ribų, reguliacinėse srityse, tradiciškai vadintose „nekoduojančia“ arba „šiukšlių“ DNR. Šios sritys reguliuoja, kada ir kur genai aktyvūs — jos veikia daugiau kaip šviesos intensyvumo reguliatoriai nei paprasti įjungimo/išjungimo jungikliai — tačiau iki šiol trūko detalaus žemėlapio, siejančio tuos reguliatorius su konkrečiais smegenų ląstelių tipais ir genais.
Metodai: MultiVINE-seq ir vienaląstelinė multiomika
Norėdami įveikti technines kliūtis tiriant kraujagyslių ir imuninės ląsteles iš žmogaus smegenų audinių, Gladstone komanda sukūrė MultiVINE-seq — protokolą, kuris švelniai izoliuoja kraujagyslių ir imuninės ląsteles iš po mirties paimtų mėginių, išsaugodamas tiek genų ekspresijos, tiek chromatino prieinamumo informaciją. Chromatino prieinamumas atskleidžia, kurios reguliacinės regionai yra atviri ir tikėtina gali įtakoti genų veiklą. Suderinę transkriptomiką su chromatino žemėlapiais vienaląsteliu lygiu 30 žmogaus smegenų mėginių, tyrėjai sukūrė aukštos raiškos atlasą, rodantį ląstelėms būdingą genų reguliavimą kraujas–smegenų barjere.
Genetinio rizikos integravimas su ląstelių lygmens duomenimis
Pagrindiniai autoriai sujungė MultiVINE-seq atlasą su didelio masto GWAS duomenimis apie Alzheimerio ligą, insultą ir kitas neurologines ligas. Šis požiūris leido lokalizuoti su liga susijusių genetinių variantų aktyvumą konkrečiuose ląstelių tipuose. Stebėtinai, daugelis variantų, anksčiau manytų veikiančių neuronuose, parodė funkcinius požymius kraujagyslių ir imuninėse ląstelėse smegenų pakraščiuose.
Pagrindiniai atradimai: skirtingi insulto ir Alzheimerio mechanizmai
Tyrimas parodė, kad su liga susiję variantai nevienodai veikia barjero ląsteles. Genetiniai veiksniai, susiję su insultu, labiau paveikia genus, svarbius kraujagyslių struktūrinei integralumui. Šie variantai dažniau žymimi chromatino regionuose, kontroliuojančiuose genus, palaikančius kraujagyslių stabilumą ir architektūrą — tai dera su modeliu, kuriame genetinė rizika didina tikimybę, kad kraujagyslės susilpnės ar plyš.
Priešingai, su Alzheimerio liga susiję variantai buvo praturtinti reguliacinėse srityse, aktyviose imuninėse ląstelėse, ypač T ląstelėse, bei kraujagyslių imuninio signalizavimo keliuose. Vietoj to, kad silpnintų kraujagyslių struktūrą, su Alzheimerio rizika susiję variantai, atrodo, stiprina imuninę veiklą kraujas–smegenų barjere, galimą skatinant perteklinį uždegimą ir imuninės ląstelių infiltravimą į smegenų audinį. Tai rodo fundamentaliai skirtingus pradines mechanizmus: struktūrinį pažeidžiamumą pas insultą ir sutrikusią imuninę reakciją pas Alzheimerio ligą.
PTK2B išryškėja kaip imuninį atsaką stiprinantis faktorius, susijęs su Alzheimerio rizika
Tarp su Alzheimerio liga susijusių lokusų vienas dažnas variantas šalia PTK2B išsiskyrė. Jis randamas daugiau nei trečdalyje žmonių ir demonstravo stiprų reguliacinį aktyvumą T ląstelėse bei koreliavo su padidėjusia PTK2B ekspresija. PTK2B dalyvauja T ląstelių aktyvacijoje ir migracijoje; padidinta jo ekspresija galėtų skatinti imuninės ląstelės patekimą į smegenis ir didinti vietinį uždegimą. Autoriai pastebėjo PTK2B daug išreikštas imuninės ląsteles, lokalizuotas šalia amiloidinių plokštelių — baltymų sankaupų, žyminčių Alzheimerio patologiją.
Svarbu, kad PTK2B laikomas vaistiniu taikiniu ir jo inhibitoriai testuojami onkologijos tyrimuose. Nauji rezultatai kelia galimybę persvarstyti PTK2B moduliuojančių vaistų perkėlimą į kitas sritis arba kurti naujas terapijas, slopinančias barjero imuninę aktyvaciją kaip Alzheimerio prevencijos ar gydymo strategiją.
Pasekmės terapijai, prevencijai ir tyrimų prioritetams
Pabrėždami kraujagyslių ir imunines ląsteles smegenų sąsajoje, šis tyrimas atveria kelias translacines galimybes. Pirma, barjero ląstelės yra lengviau pasiekiamos sisteminėmis terapijomis nei neuronai, esantys už kraujas–smegenų barjero, todėl tai gali supaprastinti vaistų patekimą. Antra, kadangi šios ląstelės veikiamos cirkuliuojančių veiksnių, gyvenimo būdo ir aplinkos poveikiai gali sąveikauti su genetine rizika barjere, tai siūlo naujas prevencijos strategijas, derinančias elgsenos intervencijas su tiksline terapija.
Galiausiai, multiomikos atlasas ir MultiVINE-seq metodas sukūrė vertingą išteklių sričiai, leidžiantį tyrėjams susieti kitus su liga susijusius reguliacinius variantus su specifiniais ląstelių tipais ir signalų keliais. Šis ląstelių rezoliucijos metodas turėtų pagreitinti veiksmingų taikinių identifikavimą ir patikslinti ligos modelius, įtraukiant ne-neuroninius neurodegeneracijos ir cerebrovaskulinių ligų sukėlėjus.
Eksperto įžvalga
Dr. Lena Hoffman, fiktinė neuroimunologė ir mokslo komunikatorė, komentuoja: "Šis darbas yra paradigmos poslinkis. Per ilgai dėmesys buvo sutelktas į neuronų centrinius neurodegeneracijų modelius. Reguliacinės DNR aktyvumo žemėlapis kraujagyslių ir imuninėse ląstelėse parodo, kad smegenų sąsaja su kūnu yra aktyvus veiksnys ligos rizikoje. Tai turi praktinių pasekmių: barjero ląstelės yra pasiekiamos krauju perduodamais vaistais ir reaguoja į gyvenimo būdo poveikį, taigi turime daugiau svertų rizikai keisti nei manyta anksčiau."
Dr. Hoffman priduria: "Rasta, kad PTK2B variantai stiprina T ląstelių signalizaciją šalia amiloidinių sankaupų, yra ypač intriguojanti, nes tai sujungia dažną genetinę įvairovę, imuninę aktyvaciją ir Alzheimerio patologinius požymius. Jei tolimesni tyrimai patvirtins priežastinį ryšį, vaistų perkėlimo studijos galėtų gana greitai pereiti prie klinikinio vertinimo."
Kiti žingsniai ir tolimesnės kryptys
Pagrindiniai tolimesni žingsniai apima priežastinių ryšių tarp konkrečių reguliacinių variantų, pakeistos barjero ląstelių elgsenos ir klinikinės ligos progresavimo patvirtinimą. Reikės longitudinalinių žmogaus tyrimų, eksperimentinių modelių, atkuriant barjero ląstelių sąveikas, ir klinikinių bandymų, tirtinėjusių PTK2B inhibitorius ar kitus barjero imuninės veiklos moduliatorius. Be to, MultiVINE-seq duomenų plėtimas į įvairesnes populiacijas ir ligos stadijas padės nustatyti, kiek šie mechanizmai yra universalūs skirtingame amžiuje, kilmėje ir aplinkos kontekstuose.
Išvada
Šis multiomikos tyrimas perrame genetinę Alzheimerio ir insulto riziką lokalizuodamas pagrindinius funkcinius efektus ląstelėse, kurios sudaro smegenų išorines gynybas. Vietoj to, kad jos būtų antriniai neuronų nykimo aukos, kraujagyslių ir imuninės ląstelės kraujas–smegenų barjere yra nurodomos kaip pagrindinės vietos, kur genetiniai variantai veikia, didindami ligos riziką. Skirtingi mechanizmai — struktūrinis silpnumas esant insultui ir sustiprinta imuninė signalizacija esant Alzheimerio ligai — rodo pritaikytas prevencijos ir gydymo strategijas. Tyrimas taip pat pristato naują eksperimentinį įrankių rinkinį ir ląstelių rezoliucijos atlasą, kurie nukreips būsimus tyrimus ir terapijų kūrimą, iškeliant barjero biologiją į neurodegeneracinių ligų mokslo centrą.
Šaltinis: scitechdaily
Komentarai