Согласно новому исследованию, проведенному Ким Хай-Маном Чоу и его коллегами из Китайского университета Гонконга и опубликованному в журнале PLOS Biology, нейроны головного мозга, которые повторно вступают в клеточный цикл после митоза, подвержены быстрому старению. Этот процесс чаще всего наблюдается у пациентов с болезнью Альцгеймера. Полученные данные дают понимание процессов нейродегенерации и предполагают, что применяемые методы могут быть использованы для изучения других уникальных популяций клеток в мозге.
Большинство нейронов головного мозга являются постмитотическими, то есть они перестали делиться. Долгое время считалось, что это состояние постоянно. Однако недавние исследования показали, что некоторые нейроны вновь вступают в клеточный цикл, но судьба этих клеток после этого оставалась малоизвестной.
Чтобы разрешить этот вопрос, исследователи обратились к общедоступным базам данных «snRNA-seq», в которых изолированы отдельные ядра клеток и проведено секвенирование их РНК, что позволяет определить, какие процессы происходили в клетках во время изоляции. Клеточный цикл состоит из различных фаз, включая рост, синтез ДНК, рост, связанный с делением, и митоз. Каждая фаза характеризуется определенным набором белков, необходимых для ее осуществления. Используя набор РНК, исследователи могли определить, на какой стадии цикла находится каждое конкретное ядро.
Их данные включали информацию о более чем 30 000 ядрах, для каждого из которых был определен балл на основе уровня экспрессии около 350 генов, связанных с клеточным циклом. Они обнаружили, что небольшая часть возбуждающих нейронов действительно повторно вступает в клеточный цикл. Однако большинство из этих клеток не могли успешно завершить клеточный цикл, порождая дочерние нейроны. Вместо этого клетки, повторно вступающие в цикл, проявляли повышенную экспрессию генов, связанных со старением; по сути, эти клетки пробуждались лишь для того, чтобы начать процесс старения.
Интересно, что исследователи обнаружили, что нейроны в мозгу пациентов с болезнью Альцгеймера возвращаются в клеточный цикл с более высокой скоростью, и что те нейроны, которые повторно вступали в клеточный цикл и состарились, проявляли повышенную экспрессию нескольких генов, связанных с более высоким риском болезни Альцгеймера, включая те, которые участвуют в выработке амилоида, липкого белка, накапливающегося в мозге при этом заболевании. Аналогичные наблюдения были сделаны в мозге пациентов с болезнью Паркинсона и деменцией с тельцами Леви, где также наблюдалось увеличение числа нейронов, повторно вступающих в клеточный цикл, по сравнению со здоровым мозгом.
Подчеркивая значение этого усиленного повторного входа для заболевшего мозга, исследователи отмечают, что хотя молекулярные профили и гетерогенность этих клеток остаются неясными из-за их редкого встречания и случайной локализации в мозге, использованный аналитический подход может предложить более глубокое понимание субпопуляций нейронов и механизмов нейродегенеративных заболеваний. Авторы также отмечают, что этот аналитический конвейер биоинформатики предлагает новый инструмент для непредвзятого анализа повторного входа в клеточный цикл и стареющих нейронов, а также для анализа их гетерогенности в здоровом и пораженном болезнью мозге.