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“MUSIC图谱”揭示了部分脑细胞衰老速度更快,在阿尔茨海默病患者中更为普遍

新研究发现,一些脑细胞的衰老速度比其他细胞更快,并且在患有阿尔茨海默病的患者中,这些衰老较快的脑细胞数量明显偏多。

加利福尼亚大学圣地亚哥分校

5月14日消息

加利福尼亚大学圣地亚哥分校(University of California San Diego,UCSD)的工程师们发现,一些脑细胞的衰老速度比其他细胞更快,并且在患有阿尔茨海默病的患者中,这些衰老较快的脑细胞数量明显偏多。此外,研究人员还观察到某些脑细胞的衰老过程存在性别特异性差异,与男性大脑皮层相比,女性大脑皮层中“衰老”的少突胶质细胞与“衰老”神经元的比例更高

这些发现得益于一种名为单细胞多核酸交互作图(Multinucleic acid interaction mapping in single cells,MUSIC)的新技术,该技术允许研究人员深入观察单个脑细胞,并绘制出染色质(紧密盘绕的DNA形式)与 RNA 之间的交互作用。这项技术使研究人员能够以单细胞分辨率可视化这些交互作用,并研究它们如何影响基因表达。这些研究工作的细节已发表在《自然》(Nature)杂志上。

研究于2024年3月27日发表在《Nature》(最新影响因子:64.8)杂志上

MUSIC 是一项强大的工具,能够让我们更深入地探索阿尔茨海默病的复杂性,UCSD 雅各布斯工程学院 Shu Chien-Gene Lay 生物工程系的教授、本研究的主要作者钟声说道,“这项技术有潜力帮助我们揭示阿尔茨海默病病理背后的新型分子机制,这可能为更精准的治疗干预和改善患者预后铺平道路。”

人类大脑拥有复杂的细胞网络,这些细胞以复杂的方式相互沟通和作用。在每个细胞中,都存在着包括染色质和 RNA 在内的遗传组分的动态相互作用这些相互作用决定了关键的细胞功能随着脑细胞的生长和衰老,染色质和 RNA 之间的这些相互作用会发生变化。而在每个细胞内,这些复合物可能会有很大的差异,尤其是在成熟的细胞中。然而,解开这些相互作用的细微差别一直是一个巨大的挑战

MUSIC 技术的出现,为探索单个脑细胞的内部运作提供了一个窗口。钟教授的团队使用 MUSIC 技术分析了来自 14 位 59 岁及以上捐献者的死后大脑样本,特别是人类额叶皮层组织,这些捐献者中有些人患有阿尔茨海默病,有些人则没有。他们发现,不同类型的脑细胞在染色质和 RNA 之间的相互作用模式上有所不同。有趣的是,具有较少短程染色质相互作用的细胞往往显示出衰老和阿尔茨海默病的迹象。

借助这种变革性的单细胞技术,我们发现一些脑细胞的‘年龄’比其他细胞更大,”钟声说道。值得注意的是,他解释说,与健康个体相比,患有阿尔茨海默病的人具有更高比例的这些老化脑细胞

研究人员表示,这一发现可能有助于开发新的阿尔茨海默病治疗方法

“如果我们能够识别出这些老化细胞中的失调基因,并了解它们在局部染色质结构中的功能,我们就能够确定新的潜在治疗靶点,”本研究的第一作者、钟教授实验室的生物信息学博士候选人 Xingzhao Wen 说道。

该研究还揭示了脑细胞衰老的性别特异性差异。在雌性小鼠的大脑皮层中,研究人员发现老化的少突胶质细胞与老化神经元的比例更高。少突胶质细胞是一种为神经元提供保护层的脑细胞。鉴于它们在维持正常大脑功能中的关键作用,老化少突胶质细胞的增加可能会加剧认知能力下降

女性大脑皮层中老化少突胶质细胞的不成比例存在,可能为女性中观察到的神经退行性疾病和精神障碍风险的增加提供了新的见解,” Wen 说道。

 

接下来,研究人员将致力于进一步优化 MUSIC 技术,以便使用它来确定导致特定脑细胞加速衰老的因素——如调节基因和基因回路。“随后,我们将制定策略来抑制这些基因或回路的活性,以期减缓大脑衰老,”钟声说道。

创立于1960年的加利福尼亚大学圣地亚哥分校

参考文献

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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       原文标题 : “MUSIC图谱”揭示了部分脑细胞衰老速度更快,在阿尔茨海默病患者中更为普遍

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