Китайские исследователи создали атлас стареющего гиппокампа

В журнале Protein & Cell появилась публикация, в которой китайские ученые подробно рассматривают транскриптом (совокупность РНК, получаемых от всех активных генов) каждого из 12 типов клеток гиппокампа – области мозга, ответственной за формирование воспоминаний. Более того, молекулярный атлас стареющего гиппокампа уже есть в свободном доступе.

Credit: public domain


Гиппокамп представляет собой сложную структуру с весьма неоднородным клеточным составом. Традиционные методы исследования не позволяют определить точные молекулярные регуляторные сети различных типов клеток, которые запускают процесс старения. Ситуация осложняется еще и тем, что по этическим соображениям достать образцы ткани гиппокампа у здоровых людей различных возрастов невозможно. Все это несколько ограничивает наше понимание того, как гиппокамп стареет на молекулярном уровне, хотя эти знания бы сильно пригодились в разработке терапевтических мишеней от возрастных нейродегенеративных заболеваний, в частности, болезни Альцгеймера. 

Выход есть – использование модельных животных, причем, максимально близко стоящих по ветке эволюции к человеку. Таковыми удачными моделями считаются нечеловекообразные приматы. Китайские исследователи пошли именно по этому пути.  

Используя ткани мозга приматов разных возрастов, ученые из Института зоологии Китайской академии наук и больницы Сюаньву Столичного медицинского университета создали первый одноядерный транскриптомный атлас старения гиппокампа. Причем, они смогли построить молекулярный механизм его функционального ухудшения с возрастом и сделали эти данные открытыми, предоставив ценный ресурс для других исследователей, которые, опираясь на эти данные смогут искать новые потенциальные терапевтические мишени для нейродегенераций. 

Этапы исследования: фенотипический анализ окрашенных срезов с помощью микроскопии; биоинформатический анализ. Credit: Hui Zhang et al / Protein & Cell 2021


Созданный исследователями «ландшафт» состоит из профилей экспрессии генов 12 основных типов клеток гиппокампа, включая нервные стволовые клетки, промежуточные клетки-предшественники (transient amplified progenitor cells, TAPC), незрелые нейроны, возбуждающие/тормозящие нейроны, олигодендроциты и микроглию.

Авторы пишут, что в гиппокампе приматов с возрастом накапливается множество повреждений, включая геномную и эпигеномную нестабильность, потерю протеостаза (постоянства белкового состава клетки), а также усиление локального нейровоспаления. Среди всех клеток в наибольшей степени патологически изменялись при старении TAPC и микроглия. В них больше всего проявлялись своей активностью гены, связанные со старением, и гены, дающие высокий риск развития нейродегенеративных заболеваний.

Типы клеток и типы изменений, происходящих с возрастом: гетерохроматическая эрозия, генетическая нестабильность, внутриклеточные агрегаты белков, агрегаты бета-амилоида в цитоплазме, воспаление, остановка деления клеток с нарушенной ДНК (сенесценция), нейрогенез, нейрональные функции. Credit: Hui Zhang et al / Protein & Cell 2021


Углубленный анализ экспрессии генов во время нейрогенеза (появления новых нервных клеток из клеток-предшественников) выявил, во-первых, нарушение деления TAPC, и, во-вторых, нарушение функций нейронов, отвечающих за регуляцию нейрогенеза в гиппокампе пожилых животных. Кроме того, ученые смогли выявить факторы, повышающие «враждебность» микроокружения для нейрогенеза в пожилом гиппокампе, а именно повышенную провоспалительную активность микроглии и олигодендроцитов (интересно, что не астроцитов, как было показано в других работах), а также нарушенные пути свертывания в старых эндотелиальных клетках, которые выстилают сосуды изнутри. 

Все эти факторы, считают исследователи, могут усугубить снижение интенсивности нейрогенеза в гиппокампе постаревшего мозга и привести к дальнейшему снижению когнитивных функций и возникновению нейродегенеративных заболеваний.


Текст: Анна Хоружая

Single-nucleus transcriptomic landscape of primate hippocampal aging by Hui Zhang et al in Protein & Cell (2021). https://doi.org/10.1007/s13238-021-00852-9

Женщина подарила учёным цифровой атлас мозга

Картирование мозга сейчас в мире осуществляется во многих институтах и разными коллаборациями. Эд Лейн (Ed Lein) и его коллеги из Института Аллена по изучению мозга…

Заглянуть в мозг сквозь трехмерный атлас мозга приматов

В феврале исследователи из Японии и США представили новый 3D-атлас мозга мартышки с высоким уровнем детализации, где картированы многочисленные связи между нервными клетками и представлены…

50 оттенков сосудистого сплетения

Сегодня в нашей рубрике «Картинка дня» — иллюстрация к работе из очень солидного журнала Cell, которая посвящена созданию очередного атласа мозга. Точнее — нескольких его…

«Это ядро меня открыло, а не я его»: найдена новая область мозга

Австралийские нейробиологи нашли в мозге ранее неизвестную область. Об открытии они рассказали в статье, которая сейчас готовится к рецензированию. С деталями же можно ознакомиться в…

Голограмма мозга: атлас «путей» головного мозга загрузят в очки смешанной реальности

Группа ученых под руководством Кэмерона МакИнтайра, профессора биомедицинской инженерии Университета Кейс Вестерн Резерв, штат Огайо, США, нашла способ преодолеть ограничения МРТ при реконструкции нервных путей…

Клиническая нейроанатомия в сверхвысоком разрешении

Во многих атласах по нейроанатомии мелкие структуры – ядра (скопления серого вещества), слои коры мозга – представлены в виде рисунков, схем или же двухмерных гистологических…

Мозг как на ладони: МРТ с разрешением в 100 микрон

Как заглянуть в мозг и увидеть структуры с разрешением всего в сотню микрометров? Исследователи из Центра биомедицинской визуализации Athinoula A. Martinos Массачусеттсткой клиники общего профиля…

Мозг мыши в 3D

Итак, Blue Brain Project поделился результатами своей работы: первым в мире цифровым 3D-атласом мозга мыши. Конечно, до подобного атласа мозга человека еще далеко, тем не…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 154: атлас слов в головном мозге

Нейролингвисты из университета Калифорнии в Беркли опубликовали в апреле 2016 года в журнале Nature удивительную статью. При помощи функциональной магнитно-резонансной томографии они составили «языковую карту…

Новый атлас таламуса поможет в диагностике болезни Альцгеймера

Ученые баскского Центра по изучению мозга и языка совестно с исследователями Университетского колледжа Лондона и Университета Кастилии-Ла-Манча создали атлас таламуса, по которому можно распознать расположение…

Новый метод картирования мозга и новые нейроны в мозге мыши

Ученым из Китая в сотрудничестве с лабораторией Колд Спринг Харбор удалось создать новую, более точную систему картирования мозга, основанную не только на внешнем строении нейронов, но…

Фронтиры нейронаук. Ученые предложили топологическую классификацию микроглии

Мы продолжаем совместно с порталом Indicator.Ru  знакомить вас с новостями нейронаук, которые были представлены на конференции SfN2019. Исследователи из Австрии и Швейцарии впервые создали морфологическую базу разновидностей…