Ученые из Sanford Burnham Prebys продемонстрировали, что везикулы, перемещающиеся между клетками мозга, несут в себе более полные инструкции по изменению клеточных функций, чем считалось ранее. В работе, опубликованной в журнале Cell Reports, старший автор Джерольд Чун, доктор медицины, и его команда обнаружили, что биологические инструкции внутри везикул значительно отличаются в посмертных образцах мозга, полученных от пациентов, страдающих болезнью Альцгеймера.
Ученые называют крошечные пузырьки мозга малыми внеклеточными везикулами (sEVs). Эти биологические водяные шары вырабатываются большинством клеток организма для переправки широкого спектра белков, липидов и побочных продуктов клеточного метаболизма, а также кодонов нуклеиновых кислот РНК, используемых клетками-реципиентами для построения новых белков.
Поскольку этот биологически активный груз может легко вызывать изменения в других клетках, ученые заинтересовались мозговыми SEVs как средой для передачи нормальных, а также ошибочных инструкций для неправильно сформованных белков, которые накапливаются в мозге по мере развития нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера.
Чтобы стать потенциальным фактором, способствующим накоплению нежелательных белков, sEVs должны нести в себе чертежи с информацией, позволяющей другим клеткам производить проблемные белки. Большинство предыдущих исследований указывало на то, что мессенджерные РНК (мРНК), несущие планы для белков, разделяются на слишком короткие фрагменты, чтобы клетки-реципиенты могли изменить схему их построения.
«В исследовании мы обнаружили совершенно обратное. Нам удалось идентифицировать более 10 000 полноразмерных мРНК с помощью относительно нового метода секвенирования ДНК под названием PacBio long-read sequencing», – говорит Чун, профессор Центра генетических нарушений и исследований старения в Sanford Burnham Prebys.
Команда выделила мРНК из префронтальной коры 12 посмертных образцов мозга пациентов с диагнозом болезни Альцгеймера и 12 здоровых доноров. Почти 80% идентифицированных мРНК были полноразмерными, что позволило транскрибироваться клеткам-реципиентам в жизнеспособные белки.
«Чтобы подтвердить результаты секвенирования в человеческих образцах, мы также изучили везикулы, выделенные из мышиных клеток. Были обнаружены схожие средние значения (78% – 86%) полноразмерных транскриптов в трех типах клеток мозга: астроцитах, микроглии и нейронах», – говорит автор исследования Линнеа Рэнсом.
Помимо анализа и подтверждения результатов, касающихся длины мРНК, ученые сравнили последовательность генов, отраженных в транскриптоме мРНК. В образцах с болезнью Альцгеймера 700 генов показали повышенную экспрессию, в то время как почти 1500 были снижены. Ученые определили, что 700 генов с повышенной экспрессией связаны с воспалением и активацией иммунной системы, что вписывается в известные модели воспаления мозга, присутствующие при нейродегенеративных заболеваниях, таких как болезнь Альцгеймера.
«Изменения в экспрессии генов, содержащихся в везикулах, выявляют воспалительные признаки, которые могут служить окном в процессы, происходящие в мозге по мере прогрессирования болезни Альцгеймера», – говорит Чун.
После этого исследования Чун и его команда углубятся в изучение того, как клетки упаковывают sEVs и как заключенные в них коды мРНК приводят к функциональным изменениям в других клетках мозга, пораженных болезнью Альцгеймера. Лучшее понимание sEVs и содержания в них мРНК может позволить открыть биомаркеры для улучшения ранней диагностики болезни Альцгеймера и других неврологических состояний, а также для выявления других механизмов заболевания, чтобы обеспечить новые терапевтические мишени.
Кроме того, sEVs в естественных условиях служат средством транспортировки биологически активных грузов между клетками, поэтому их можно использовать в качестве системы адресной доставки для будущих терапий мозга.
[Фото: Tomaž Einfalt]