Исследователи из Института Броуда Массачусетского технологического института и Гарварда, Гарвардской медицинской школы и больницы Маклейн обнаружили поразительно схожий набор изменений в активности генов в тканях мозга людей, страдающих шизофренией, и пожилых людей. Эти изменения позволяют предположить общую биологическую основу для когнитивных нарушений, часто наблюдаемых у людей с шизофренией и у пожилых людей.
В исследовании, опубликованном в журнале Nature, команда авторов 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 мозга, называемые астроцитами и нейронами, снижают экспрессию генов, поддерживающих соединения между нейронами (синапсами), по сравнению со здоровыми или более молодыми людьми. Они также обнаружили тесно синхронизированные изменения экспрессии генов в этих двух типах клеток: когда нейроны снижали экспрессию определенных генов, связанных с синапсами, астроциты аналогичным образом изменяли экспрессию отдельного набора генов, поддерживающих 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 фокусируется на том, какие гены экспрессирует каждый тип клеток в отдельности. Но ткани мозга многих людей и анализ этих данных с помощью машинного обучения помогли нам распознать более крупную систему. Эти типы клеток действуют не как независимые образования, а очень тесно координируются", - говорит Стив МакКэрролл, соавтор исследования и сотрудник Института Броуда.
Шизофрения хорошо известна тем, что вызывает галлюцинации и бред, которые можно хотя бы частично лечить с помощью лекарств. Но она также вызывает изнурительное снижение когнитивных способностей, которое не имеет эффективных методов лечения и также часто встречается при старении. Новые результаты позволяют предположить, что когнитивные изменения при обоих состояниях могут быть связаны с аналогичными клеточными и молекулярными изменениями в мозге.
"Чтобы обнаружить координацию между астроцитами и нейронами при шизофрении и старении, нам необходимо было изучить образцы тканей очень большого количества людей. Мы благодарим всех доноров, которые решили пожертвовать свой мозг для исследований, чтобы помочь другим людям, страдающим от расстройств мозга, и которым мы хотели бы посвятить эту работу", - говорит Сабина Берретта, соавтор исследования, доцент Гарвардской медицинской школы и исследователь в области психических расстройств.
Информация о SNAP
Мозг работает во многом благодаря тому, что нейроны соединяются с другими нейронами с помощью синапсов, через которые они передают друг другу сигналы. Мозг постоянно формирует новые синапсы и сокращает старые. Ученые считают, что новые синапсы помогают нашему мозгу оставаться гибким, а исследования - в том числе предыдущие работы ученых из лаборатории МакКэрролла и международных консорциумов - показали, что многие генетические факторы, связанные с шизофренией, включают гены, которые способствуют функционированию синапсов.
В новом исследовании МакКэрролл, Берретта и их коллеги использовали одноядерное секвенирование РНК, которое измеряет экспрессию генов в отдельных клетках, чтобы лучше понять, как мозг естественным образом изменяется у разных людей. Они проанализировали 1,2 миллиона клеток 94 человек с шизофренией и 97 людей без нее.
Они обнаружили, что когда нейроны повышали экспрессию генов, кодирующих части синапсов, астроциты увеличивали экспрессию отдельного набора генов, участвующих в синаптической функции. Эти гены, составляющие программу SNAP, включали многие ранее выявленные факторы риска развития шизофрении. Проведенный группой анализ показал, что и нейроны, и астроциты формируют генетическую уязвимость к этому заболеванию.
"Науке давно известно, что нейроны и синапсы играют важную роль в риске развития шизофрении, но, поставив вопрос по-другому - спросив, какие гены динамически регулируют каждый тип клеток, - мы обнаружили, что астроциты тоже, вероятно, вовлечены в этот процесс", - говорит Линг.
К своему удивлению, исследователи также обнаружили, что SNAP сильно варьируется даже среди людей, не страдающих шизофренией, что позволяет предположить, что SNAP может быть вовлечен в когнитивные различия у здоровых людей. Большая часть этих различий объясняется возрастом: SNAP значительно снижается у многих, но не у всех пожилых людей, включая людей с шизофренией и без нее.
МакКэрролл надеется, что с улучшением понимания SNAP можно будет определить жизненные факторы, положительно влияющие на SNAP, и разработать лекарства, стимулирующие SNAP, как способ лечения когнитивных нарушений при шизофрении или помочь людям сохранить свою когнитивную гибкость с возрастом.
Пока же МакКэрролл, Берретта и их команда работают над тем, чтобы понять, присутствуют ли эти изменения при других заболеваниях, таких как биполярное расстройство и депрессия. Они также намерены выяснить, в какой степени SNAP проявляется в других областях мозга, и как SNAP влияет на обучение и когнитивную гибкость.
Институт Броуда Массачусетского технологического института и Гарварда, Пер.: PSYCHOL-OK.RU
