'แผนที่เพลง' แสดงเซลล์สมองบางส่วนมีอายุเร็วขึ้น

วิศวกรของมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโกได้ค้นพบว่าเซลล์สมองบางส่วนมีอายุเร็วกว่าเซลล์อื่นๆ และมีจำนวนมากอย่างไม่เป็นสัดส่วนในผู้ป่วยโรคอัลไซเมอร์ นอกจากนี้ นักวิจัยยังสังเกตเห็นความแตกต่างในกระบวนการชราของเซลล์สมองบางส่วนโดยขึ้นอยู่กับเพศ โดยในเปลือกสมองของผู้หญิงมีสัดส่วนของโอลิโกเดนโดรไซต์ "เก่า" ที่สูงกว่าเมื่อเทียบกับเซลล์ประสาท "เก่า" เมื่อเทียบกับเยื่อหุ้มสมองในผู้ชาย หน้า>

การค้นพบเหล่านี้เกิดขึ้นได้ด้วยเทคนิคใหม่ที่เรียกว่า MUSIC (การทำแผนที่ปฏิกิริยาระหว่างกรดนิวคลีอิกในเซลล์เดี่ยว) ซึ่งช่วยให้นักวิจัยมองเข้าไปภายในเซลล์สมองแต่ละเซลล์ และทำแผนที่ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโครมาติน ซึ่งเป็นรูปแบบที่พับแน่นของ DNA และ RNA. เทคนิคนี้ช่วยให้เราเห็นภาพปฏิสัมพันธ์เหล่านี้ในระดับเซลล์เดียว และศึกษาว่าสิ่งเหล่านี้ส่งผลต่อการแสดงออกของยีนอย่างไร

“ดนตรีเป็นเครื่องมืออันทรงพลังที่ช่วยให้เราสามารถเจาะลึกลงไปในแง่มุมที่ซับซ้อนของ โรคอัลไซเมอร์” Sheng Zhong ศาสตราจารย์ Shu Chien สาขาวิศวกรรมชีวภาพ ผู้เขียนอาวุโสด้านการศึกษากล่าว. Gena Lai จาก Jacobs School of Engineering ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก

“เทคโนโลยีนี้มีศักยภาพในการเปิดเผยกลไกระดับโมเลกุลใหม่ๆ ที่เป็นรากฐานของโรคอัลไซเมอร์ ซึ่งอาจปูทางไปสู่การแทรกแซงการรักษาที่ตรงเป้าหมายมากขึ้น และปรับปรุงผลลัพธ์ของผู้ป่วย”

สมองของมนุษย์ ประกอบด้วยเครือข่ายเซลล์ที่ซับซ้อนซึ่งสื่อสารและมีปฏิสัมพันธ์ในรูปแบบที่ซับซ้อน ในแต่ละเซลล์เหล่านี้ จะมีปฏิสัมพันธ์แบบไดนามิกขององค์ประกอบทางพันธุกรรม รวมถึงโครมาตินและอาร์เอ็นเอ ซึ่งเป็นตัวกำหนดการทำงานของเซลล์ที่จำเป็น เมื่อเซลล์สมองเติบโตและอายุมากขึ้น ปฏิกิริยาระหว่างโครมาตินและอาร์เอ็นเอก็จะเปลี่ยนไป และในแต่ละเซลล์ สารเชิงซ้อนเหล่านี้อาจแตกต่างกันอย่างมาก โดยเฉพาะในเซลล์ที่โตเต็มที่ อย่างไรก็ตาม การเปิดเผยรายละเอียดปลีกย่อยของการโต้ตอบเหล่านี้ยังคงเป็นเรื่องที่ท้าทาย

เทคนิคดนตรีได้เข้ามาช่วยเหลือ โดยให้โอกาสในการพิจารณาการทำงานภายในของเซลล์สมองแต่ละเซลล์ ทีมของจงใช้ MUSIC วิเคราะห์ตัวอย่างสมองหลังการชันสูตร โดยเฉพาะเนื้อเยื่อเยื่อหุ้มสมองส่วนหน้าของมนุษย์ ซึ่งได้รับจากผู้บริจาค 14 รายที่มีอายุ 59 ปีขึ้นไป บางรายเป็นโรคอัลไซเมอร์และบางรายไม่มี

พวกเขาพบว่าเซลล์สมองประเภทต่างๆ มีรูปแบบปฏิสัมพันธ์ระหว่างโครมาตินและ RNA ที่แตกต่างกัน สิ่งที่น่าสนใจคือเซลล์ที่มีปฏิกิริยาระหว่างโครมาตินสั้นน้อยกว่ามีแนวโน้มที่จะแสดงสัญญาณของความชราและโรคอัลไซเมอร์

“การใช้เทคโนโลยีการเปลี่ยนแปลงนี้เพื่อวิเคราะห์เซลล์เดี่ยว เราพบว่าเซลล์สมองบางเซลล์มีอายุมากกว่าเซลล์อื่น” จงกล่าว เขาอธิบายว่าผู้ที่เป็นโรคอัลไซเมอร์มีจำนวนเซลล์สมองเก่าเหล่านี้มากกว่าเมื่อเทียบกับคนที่มีสุขภาพดี

นักวิจัยเชื่อว่าการค้นพบนี้สามารถช่วยพัฒนาการรักษาโรคอัลไซเมอร์แบบใหม่ได้

“หากเราสามารถระบุยีนที่ผิดปกติในเซลล์เก่าเหล่านี้ และเข้าใจการทำงานของพวกมันในโครงสร้างโครมาตินเฉพาะที่ เราก็สามารถระบุเป้าหมายการรักษาใหม่ที่มีศักยภาพได้” Xingzhao Wen ผู้เขียนงานวิจัยคนแรก ผู้สมัครระดับปริญญาเอกสาขาชีวสารสนเทศศาสตร์ในห้องปฏิบัติการของ Zhong กล่าว

การศึกษายังพบความแตกต่างทางเพศในการแก่ชราของเซลล์สมอง ในเปลือกสมองของผู้หญิง นักวิจัยพบว่าอัตราส่วนของโอลิโกเดนโดรไซต์เก่าต่อเซลล์ประสาทเก่านั้นสูงกว่า Oligodendrocytes เป็นเซลล์สมองชนิดหนึ่งที่สร้างชั้นป้องกันรอบเซลล์ประสาท เนื่องจากมีบทบาทสำคัญในการรักษาการทำงานของสมองให้เป็นปกติ จำนวนโอลิโกเดนโดรไซต์ที่มีอายุมากขึ้นอาจทำให้การรับรู้แย่ลง

“การมีอยู่ของโอลิโกเดนโดรไซต์เก่าอย่างไม่สมสัดส่วนในเปลือกสมองของผู้หญิงอาจให้ความกระจ่างใหม่เกี่ยวกับความเสี่ยงที่เพิ่มขึ้นของความผิดปกติทางระบบประสาทและจิตเวชที่พบในผู้หญิง” เหวินกล่าว

ต่อไป นักวิจัยจะทำงานเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ MUSIC ต่อไป เพื่อใช้ในการระบุปัจจัยต่างๆ เช่น ยีนควบคุมและวงจรพันธุกรรม ที่มีหน้าที่เร่งการแก่ชราในเซลล์สมองบางส่วน

“จากนั้นเราจะพัฒนากลยุทธ์เพื่อระงับการทำงานของยีนหรือวงจรเหล่านี้ โดยหวังว่าจะชะลอความชราของสมอง” จงกล่าว

ผลงานมีการอธิบายโดยละเอียดในบทความที่ตีพิมพ์ใน นิตยสาร Nature