Исследователи из Института Броуда Массачусетского технологического института и Гарварда, Гарвардской медицинской школы и больницы Маклина обнаружили поразительно схожий набор изменений в активности генов в тканях головного мозга у людей с шизофренией и у пожилых людей. Эти изменения предполагают общую биологическую основу когнитивных нарушений, часто наблюдаемых у людей с шизофренией и у пожилых людей.
В исследовании, опубликованном в журнале Nature , команда описывает, как они анализировали экспрессию генов в более чем миллионе отдельных клеток из посмертной ткани мозга 191 человека. Они обнаружили, что у людей с шизофренией и у пожилых людей без шизофрении два типа клеток головного мозга, называемые астроцитами и нейронами, снижают экспрессию генов, которые поддерживают соединения между нейронами, называемые синапсами , по сравнению со здоровыми или молодыми людьми.
Они также обнаружили тесно синхронизированные изменения экспрессии генов в двух типах клеток: когда нейроны снижали экспрессию определенных генов, связанных с синапсами, астроциты аналогичным образом меняли экспрессию определенного набора генов, которые поддерживают синапсы.
Команда назвала этот скоординированный набор изменений Программой синаптических нейронов и астроцитов (SNAP). Даже у здоровых молодых людей экспрессия генов SNAP всегда скоординированно увеличивалась или уменьшалась в нейронах и астроцитах.
«Наука часто сосредотачивается на том, какие гены каждый тип клеток экспрессирует сам по себе», — сказал Стив МакКэрролл, со-старший автор исследования и сотрудник Института Броуда. «Но мозговая ткань многих людей и анализ этих данных с помощью машинного обучения помогли нам распознать более крупную систему. Эти типы клеток не действуют как независимые сущности, но имеют очень тесную координацию. Сила этих связей захватила дух». "
Шизофрения хорошо известна тем, что вызывает галлюцинации и бред, которые можно, по крайней мере частично, лечить с помощью лекарств. Но это также вызывает изнурительное снижение когнитивных функций , которое не поддается эффективному лечению и также часто встречается при старении. Новые результаты показывают, что когнитивные изменения в обоих случаях могут включать схожие клеточные и молекулярные изменения в мозге.
«Чтобы обнаружить координацию между астроцитами и нейронами при шизофрении и старении, нам нужно было изучить образцы тканей очень большого числа людей», — сказала Сабина Берретта, соавтор исследования, доцент Гарвардской медицинской школы. исследователь в области психических расстройств.
«Мы выражаем благодарность всем донорам, которые решили пожертвовать свой мозг на исследования, чтобы помочь другим, страдающим от заболеваний головного мозга, и которым мы хотели бы посвятить эту работу».
МакКэрролл также является директором отдела геномной нейробиологии Центра психиатрических исследований Броуда Стэнли и профессором Гарвардской медицинской школы. Берретта также возглавляет Гарвардский центр ресурсов тканей головного мозга (HBTRC), предоставивший ткани для исследования. Эми Линг, научный сотрудник лаборатории МакКэрролла, была первым автором исследования.
Информация по программе SNAP
Мозг работает во многом потому, что нейроны соединяются с другими нейронами в синапсах, где они передают друг другу сигналы. Мозг постоянно формирует новые синапсы и удаляет старые. Ученые считают, что новые синапсы помогают нашему мозгу оставаться гибким, а исследования, в том числе предыдущие усилия ученых из лаборатории МакКэрролла и международных консорциумов , показали, что многие генетические факторы , связанные с шизофренией, включают гены, которые способствуют функции синапсов.
В новом исследовании МакКэрролл, Берретта и их коллеги использовали секвенирование одноядерной РНК, которое измеряет экспрессию генов в отдельных клетках, чтобы лучше понять, как мозг естественным образом варьируется у разных людей. Они проанализировали 1,2 миллиона клеток 94 человек с шизофренией и 97 без нее.
Они обнаружили, что когда нейроны усиливают экспрессию генов, кодирующих части синапсов, астроциты увеличивают экспрессию определенного набора генов, участвующих в синаптических функциях. Эти гены, составляющие программу SNAP, включают в себя многие ранее выявленные факторы риска шизофрении. Анализ команды показал, что как нейроны, так и астроциты формируют генетическую уязвимость к этому состоянию.
«Науке давно известно, что нейроны и синапсы играют важную роль в риске развития шизофрении, но, поставив вопрос по-другому — задав вопрос, какие гены каждый тип клеток динамически регулирует, — мы обнаружили, что астроциты, вероятно, тоже вовлечены», — сказал Линг.
К своему удивлению, исследователи также обнаружили, что SNAP сильно различается даже среди людей без шизофрении, что позволяет предположить, что SNAP может быть вовлечен в когнитивные различия у здоровых людей. Во многом эти различия объяснялись возрастом; SNAP существенно снизился у многих, но не у всех, пожилых людей, включая людей с шизофренией и без нее.
По словам МакКэрролла, благодаря лучшему пониманию SNAP, он надеется, что можно будет выявить жизненные факторы, которые положительно влияют на SNAP, и разработать лекарства, которые помогут стимулировать SNAP, как способ лечения когнитивных нарушений шизофрении или помочь людям поддерживать свою когнитивную гибкость, когда они возраст.
Тем временем МакКэрролл, Берретта и их команда работают над тем, чтобы понять, присутствуют ли эти изменения при других состояниях, таких как биполярное расстройство и депрессия. Они также стремятся выяснить, в какой степени SNAP появляется в других областях мозга и как SNAP влияет на обучаемость и когнитивную гибкость.
