Ученые использовали новый метод Drop-seq, позволяющий анализировать тысячи пораженных клеток и их генов при травмах головы с помощью симуляции. Такой более детализированный подход поможет в лечении черепно-мозговых травм (ЧМТ), как отмечается в исследовании, опубликованном в Nature Communications.
Основной целью работы стало то, что происходит с нейронами гиппокампа, участвующих в процессах обучении и памяти, после черепно-мозговых травм.
«Эта методика невероятно точна, и мы можем определить, какие клетки и гены поражены, и нацелить на них новые, специфические методы лечения», — говорит доктор Ся Ян (Xia Yang), профессор в Университете Калифорнии в Лос-Анджелесе.
Ученые обнаружили, что при черепно-мозговых травмах экспрессия некоторых генов усилена или наоборот ослаблена. Как оказалось, некоторые из них имеют значение в развитии иных заболеваний, например, болезни Альцгеймера. Этот факт может помочь объяснить, почему черепно-мозговые травмы способствуют возникновению других недугов.
К примеру, исследователи обнаружили измененную активность в генах, которые участвуют в регуляции синтеза амилоидных белков при болезни Альцгеймера. Образование амилоидов связано с патологическим, неправильным сворачиванием, агрегацией (образованием фибрилл) и последующим их отложением как в нервных клетках, так и в межклеточном пространстве. Один из таких белков, которые в ненормальном виде начинают накапливаться – транстиретин. Его основная функция – это перенос тироксина (гормон щитовидной железы) и ретинола (витамин А) в сыворотке крови.
Геномный анализ показал, что активность гена транстиретина во многих клетках мозга после черепно-мозговой травмы повышена. Ученые предположили, что гормон щитовидной железы – тироксин – может стать потенциальной мишенью транстиретина.
Исследователи пытались лечить животных тироксином через 1 и 6 часов после травмы головного мозга и увидели, что животные гораздо лучше справлялись с логическими задачами по сравнению с животными, получавшими плацебо.
Кроме того, команда ученых по генетической активности идентифицировала 15 групп клеток. Две из них ранее не в гиппокампе не описывались, и их назвали «Неизвестный» и «Неизвестный 2». Анализ генетического профиля всех этих клеток показал, что они среагировали на травму, но и ответили на лечение. Именно по этой причине авторы работы считают, что такое выборочное изменение экспрессии генов разных видов нейронов после травм предполагает некие скрытые патогенные механизмы и пока малоизвестные терапевтические пути, одним из которых и стал тироксин. Он воздействует на элементы регуляции транстиретина (в том числе на его транспортер) и смягчает ЧМТ-ассоциированные геномные и поведенческие аномалии.
Также выяснилось, что нейроны группы «Неизвестный» были вовлечены в клеточный рост и миграцию, а клетки группы «Неизвестный2» занимались клеточной дифференцировкой. И несмотря на то оба типа клеток имеют сходную структуру и форму, их функции могут отличаться, а как – еще только предстоит выяснить.
В будущем ученые собираются изучать реакцию на черепно-мозговые травмы и других нейронов за пределами гиппокампа. К тому же, конечно, необходимы и дополнительные исследования для того, чтобы объяснить отсроченные эффекты черепно-мозговой травмы.
Текст: Анастасия Тихомирова