Rezultatele unui nou studiu realizat de cercetătorii de la Harvard, publicat recent în revista Cell, oferă perspective asupra relației dintre inflamație și insuficiența cognitivă pe care o experimentăm pe măsură ce îmbătrânim și sugerează posibilitatea ca aceasta să fie rezultatul unui fel de reacție în lanț celular, scrie The Harvard Gazette.

"Înțelegerea îmbătrânirii este unul dintre cele mai importante obiective în biomedicină", a declarat Xiaowei Zhuang, David B. Arnold Jr Profesor de știință în cadrul departamentului de chimie și biologie chimică, profesor de fizică, investigator al Howard Hughes Medical Institute (HHMI) și unul dintre autorii lucrării. „Este, de asemenea, o problemă foarte dificilă. Unul dintre motive este că creierul este foarte complex. Acesta conține o diversitate excepțional de mare de celule, cu multe tipuri diferite de neuroni și celule non-neuronale care formează rețele de interacțiune complicate.

Pentru a studia un astfel de sistem complex, cercetătorii au folosit o metodă de imagistică cunoscută sub numele de MERFISH, dezvoltată de laboratorul Zhuang, care are o vastă experiență în inventarea unor metode imagistice noi și aplicarea lor pentru a studia sistemele biologice. MERFISH (pentru eroarea multiplexată hibridarea robustă a fluorescenței in situ) este capabilă să măsoare simultan nu numai mii de tipuri de ARN sau mii de gene în celule, ci și relațiile spațiale dintre ele. 

Se pot lua în calcul şi schimbările în expresia genelor

MERFISH a permis cercetătorilor să genereze „atlase de expresie genetică”, analizând „relațiile de vecinătate” dintre celule, a explicat Catherine Dulac, profesor la Universitatea Samuel W. Morris din cadrul departamentului de biologie moleculară și celulară, investigator HHMI și un alt autor al lucrării. Cu MERFISH, a spus Dulac, „se poate privi nu numai la schimbările în expresia genelor de-a lungul diferitelor vârste, ci și la schimbările în expresia genelor, în special tipurile de celule, legate de relația lor spațială”.

Aplicând această abordare de ansamblu asupra creierului șoarecilor, William E. Allen, un cercetător junior la Harvard, și alți doi cercetători, Timothy R. Blosser și Zuri A. Sullivan de la laboratoarele Zhuang și Dulac, au identificat modul în care celulele neuronale sau nervoase și celulele non-neuronale s-au schimbat în timpul îmbătrânirii. În special, studiul a arătat că îmbătrânirea și inflamația au afectat modul în care genele sunt exprimate de celule atât în moduri similare, cât și distincte și într-o manieră dependentă spațial.

„Ideea că o parte a procesului de îmbătrânire a creierului este legată de inflamație a fost deja ipotetică”, a spus Dulac. „Strategiile experimentale pe care le-am folosit – MERFISH, în combinație cu secvențierea ARN-ului cu o singură celulă – ne-au permis să privim procesul de îmbătrânire foarte specific și cu granularitate ridicată”. 

Schimbările impactează funcţia circuitelor neuronale

„Am descoperit că celulele non-neuronale, cum ar fi celulele gliale și imune, par să sufere schimbări mai pronunțate în expresia genelor și în stările celulare decât neuronii. Iar aceste schimbări nu se întâmplă uniform în creier”, a spus Zhuang, menționând că materia albă subcorticală a prezentat modificări mai pronunțate decât materia cenușie, în special în oligodendrocitele non-neuronale, astrocite și microglii. „Deoarece aceste celule diferite asigură impulsuri electrice eficiente în creier prin producerea unei tepe de mielină în jurul axonilor, precum și furnizarea de sprijin metabolic pentru neuroni, modulează funcțiile sinaptice și oferă supraveghere imună”, a spus Zhuang, „aceste schimbări ar putea avea un impact direct asupra funcției circuitelor neuronale”.

„Dacă oligodendrocitele nu sunt sănătoase și încep să verse mielină”, acest lucru poate începe o reacție în lanț care afectează neuronii, precum și celulele non-neuronale, care „vor perturba practic multe funcții din întregul creier”, a spus Dulac.

Acest lucru a fost izbitor, a spus Dulac, pentru că „în cele din urmă, îmbătrânirea este asociată cu afectarea cogniției, care este direct legată de funcția neuronală. Dar dacă multe dintre schimbări apar în celulele non-neuronale, atunci este posibil să fi identificat un proces în mai multe etape în care inflamația afectează în primul rând celulele non-neuronale, ceea ce, la rândul său, duce la deficiențe în funcția neuronală.

Ruperea acestui proces oferă perspectiva de a-l influența, dacă nu de a-l opri. „Dacă ar exista modalități prin stilul de viață, de exemplu prin dietă, exerciții fizice sau alte procese, pentru a reduce efectiv procesul inflamator asociat cu îmbătrânirea, atunci îmbătrânirea creierului și deficiențele asociate ar putea fi, de asemenea, reduse”, a spus Dulac.

Pentru moment, aceste constatări oferă o foaie de parcurs pentru cercetarea în curs de desfășurare, studii făcute posibile prin tehnici precum MERFISH. Capacitatea de a „proba în mod cuprinzător toate tipurile diferite de celule și un număr foarte mare de gene în țesutul intact oferă o resursă bogată de informații care ne poate permite să generăm noi ipoteze pentru studii viitoare”, a spus Dulac. 

Observarea sinapselor creierului la rezoluție super-înaltă pentru prima dată

Colaborarea dintre cei doi cercetători a început în urmă cu mai bine de un deceniu. "Cu câțiva ani în urmă, Xiaowei m-a contactat pentru că laboratorul ei tocmai dezvoltase o tehnologie de microscopie de înaltă rezoluție, STORM, și era foarte interesată să se uite la funcția creierului folosind acest lucru", a reamintit Dulac. Acest lucru ne-a determinat să inițiem o colaborare minunată în care am putut, pentru prima dată, observa sinapsele creierului la rezoluție super-înaltă. Prima lor lucrare comună, publicată în urmă cu 12 de ani, a condus la o serie de proiecte în curs de desfășurare care încorporează noi tehnici și abilitățile complementare ale cercetătorilor.

Zhuang vorbește, de asemenea, despre colaborarea cu Dulac cu mare entuziasm. "În colaborările noastre, unu plus unu este mult mai mare decât două", a spus Zhuang. În timp ce multe dintre colaborările noastre sunt inițiate de conversații între Catherine și mine, în acest studiu al îmbătrânirii creierului șoarecilor, colaborarea a fost inițiată de Will Allen, un junior de top care este interesat de cercetarea în ambele laboratoare, a mai scris The Harvard Gazette.

  Fiți la curent cu ultimele noutăți. Urmăriți DCNews și pe Google News