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“MUSIC圖譜”揭示了部分腦細胞衰老速度更快,在阿爾茨海默病患者中更為普遍

新研究發(fā)現(xiàn),一些腦細胞的衰老速度比其他細胞更快,并且在患有阿爾茨海默病的患者中,這些衰老較快的腦細胞數(shù)量明顯偏多。

加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校

5月14日消息

加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校(University of California San Diego,UCSD)的工程師們發(fā)現(xiàn),一些腦細胞的衰老速度比其他細胞更快,并且在患有阿爾茨海默病的患者中,這些衰老較快的腦細胞數(shù)量明顯偏多。此外,研究人員還觀察到某些腦細胞的衰老過程存在性別特異性差異,與男性大腦皮層相比,女性大腦皮層中“衰老”的少突膠質(zhì)細胞與“衰老”神經(jīng)元的比例更高。

這些發(fā)現(xiàn)得益于一種名為單細胞多核酸交互作圖(Multinucleic acid interaction mapping in single cells,MUSIC)的新技術(shù),該技術(shù)允許研究人員深入觀察單個腦細胞,并繪制出染色質(zhì)(緊密盤繞的DNA形式)與 RNA 之間的交互作用。這項技術(shù)使研究人員能夠以單細胞分辨率可視化這些交互作用,并研究它們?nèi)绾斡绊懟虮磉_。這些研究工作的細節(jié)已發(fā)表在《自然》(Nature)雜志上。

研究于2024年3月27日發(fā)表在《Nature》(最新影響因子:64.8)雜志上

MUSIC 是一項強大的工具,能夠讓我們更深入地探索阿爾茨海默病的復(fù)雜性,UCSD 雅各布斯工程學(xué)院 Shu Chien-Gene Lay 生物工程系的教授、本研究的主要作者鐘聲說道,“這項技術(shù)有潛力幫助我們揭示阿爾茨海默病病理背后的新型分子機制,這可能為更精準的治療干預(yù)和改善患者預(yù)后鋪平道路。”

人類大腦擁有復(fù)雜的細胞網(wǎng)絡(luò),這些細胞以復(fù)雜的方式相互溝通和作用。在每個細胞中,都存在著包括染色質(zhì)和 RNA 在內(nèi)的遺傳組分的動態(tài)相互作用,這些相互作用決定了關(guān)鍵的細胞功能。隨著腦細胞的生長和衰老,染色質(zhì)和 RNA 之間的這些相互作用會發(fā)生變化。而在每個細胞內(nèi),這些復(fù)合物可能會有很大的差異,尤其是在成熟的細胞中。然而,解開這些相互作用的細微差別一直是一個巨大的挑戰(zhàn)。

MUSIC 技術(shù)的出現(xiàn),為探索單個腦細胞的內(nèi)部運作提供了一個窗口。鐘教授的團隊使用 MUSIC 技術(shù)分析了來自 14 位 59 歲及以上捐獻者的死后大腦樣本,特別是人類額葉皮層組織,這些捐獻者中有些人患有阿爾茨海默病,有些人則沒有。他們發(fā)現(xiàn),不同類型的腦細胞在染色質(zhì)和 RNA 之間的相互作用模式上有所不同。有趣的是,具有較少短程染色質(zhì)相互作用的細胞往往顯示出衰老和阿爾茨海默病的跡象。

借助這種變革性的單細胞技術(shù),我們發(fā)現(xiàn)一些腦細胞的‘年齡’比其他細胞更大,”鐘聲說道。值得注意的是,他解釋說,與健康個體相比,患有阿爾茨海默病的人具有更高比例的這些老化腦細胞。

研究人員表示,這一發(fā)現(xiàn)可能有助于開發(fā)新的阿爾茨海默病治療方法。

“如果我們能夠識別出這些老化細胞中的失調(diào)基因,并了解它們在局部染色質(zhì)結(jié)構(gòu)中的功能,我們就能夠確定新的潛在治療靶點,”本研究的第一作者、鐘教授實驗室的生物信息學(xué)博士候選人 Xingzhao Wen 說道。

該研究還揭示了腦細胞衰老的性別特異性差異。在雌性小鼠的大腦皮層中,研究人員發(fā)現(xiàn)老化的少突膠質(zhì)細胞與老化神經(jīng)元的比例更高。少突膠質(zhì)細胞是一種為神經(jīng)元提供保護層的腦細胞。鑒于它們在維持正常大腦功能中的關(guān)鍵作用,老化少突膠質(zhì)細胞的增加可能會加劇認知能力下降。

女性大腦皮層中老化少突膠質(zhì)細胞的不成比例存在,可能為女性中觀察到的神經(jīng)退行性疾病和精神障礙風(fēng)險的增加提供了新的見解,” Wen 說道。

 

接下來,研究人員將致力于進一步優(yōu)化 MUSIC 技術(shù),以便使用它來確定導(dǎo)致特定腦細胞加速衰老的因素——如調(diào)節(jié)基因和基因回路。“隨后,我們將制定策略來抑制這些基因或回路的活性,以期減緩大腦衰老,”鐘聲說道。

創(chuàng)立于1960年的加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校

參考文獻

Source:University of California San Diego

'MUSIC map' reveals some brain cells age faster and are more prevalent in Alzheimer's

Reference:

Wen, X., Luo, Z., Zhao, W. et al. Single-cell multiplex chromatin and RNA interactions in ageing human brain. Nature 628, 648–656 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07239-w

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       原文標題 : “MUSIC圖譜”揭示了部分腦細胞衰老速度更快,在阿爾茨海默病患者中更為普遍

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