Исследователи Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл (University of North Carolina at Chapel Hill School of Medicine) и Калифорнийского университета в Сан-Франциско (University of California, San Francisco) описали связь генетических мутаций с нарушением функционирования клеток микроглии и объяснили, как это влияет на развитие болезни Альцгеймера. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Genetics.
«Микроглия – это клетки нервной системы, формирующие специфическое микроокружение для нейронов, которые выполняют иммунную функцию. И с ними связано развитие болезни Альцгеймера. Наше исследование сосредоточено на геномных регионах, которые регулируют функционирование этих клеток. Полученные выводы станут отличной базой для следующих научных работ», – пишет Юн Ли (Yun Li), профессор генетики и биостатистики Медицинского факультета и Факультета общественного здравоохранения Гиллингса Университета Северной Каролины (UNC Gillings School of Global Public Health).
Команда исследователей под руководством Юн Ли и Инь Шен (Yin Shen), Ph.D., доцента кафедры неврологии Института генетики человека Калифорнийского университета в Сан-Франциско (Institute of Human Genetics and the Department of Neurology at UC-San Francisco), провела анализ генома для поиска мутаций, связанных с нарушением функционирования клеток микроглии и развитием болезни Альцгеймера. Учёным удалось обнаружить 181 область, содержащую 308 приоритетных вариантов, которые ранее не ассоциировали с болезнью Альцгеймера.
Специалисты начали исследование с отдельного точного картирования 37 генетических локусов, содержащих приоритетные варианты риска, и выявления их цис-регуляторных областей. Ученые уделяли особое внимание эпигенетическим сигнатурам и функционированию генома на трёхмерном уровне, что позволило описать воздействие определённых генов на клетки микроглии.
Также команде удалось определить приоритетные варианты, которые с наибольшей вероятностью оказывают влияние на развитие болезни Альцгеймера посредством регуляции экспрессии генов в клетках микроглии. Для этого учёные провели CRISPR-интерференцию и установили точные границы областей, которые воздействуют на экспрессию генов в дифференцированных клетках микроглии, развивающихся из плюрипотентных стволовых клеток. Технология эпигеномного редактирования позволяет активировать области-кандидаты и зафиксировать усиление или снижение экспрессии генов. Таким образом было обнаружено, что деактивация одного региона может повлиять на целый комплекс генов, подобно отключению энергии в электросети.
«Необходимо было выяснить, экспрессия какого гена или генов в наибольшей степени влияет на функции микроглии. Мы поняли, что одна мутация в некодирующей области может контролировать экспрессию сразу нескольких генов», – говорит Ли.
Каждая выделенная область содержала несколько генетических вариантов, связанных с болезнью Альцгеймера, и нужно было определить, какие мутации являются наиболее значимыми. Такой подход необходим для того, чтобы оценить молекулярные механизмы влияния конкретных вариантов на развитие заболевания.
Команда применила передовую технологию праймированного редактирования генома, которая позволила вводить замену одного нуклеотида и сразу оценивать функциональную значимость этого варианта для гена TSPAN14. Таким образом учёным удалось идентифицировать конкретный вариант, который находится в цис-регуляторной области и отвечает за экспрессию гена TSPAN14.
Важным открытием стал тот факт, что обнаруженные варианты способны запустить каскад негативных клеточных процессов, включая избыточный синтез белка ADAM10 и изменение структуры рецептора клеток микроглии TREM2. Ранее было известно, что гены, кодирующие синтез этих белков, связаны с болезнью Альцгеймера, но только сейчас учёным удалось выяснить, каким образом мутации некодирующей области генома влияют на эти гены и функции микроглии.
Полученные результаты станут основой для дальнейших исследований по поиску причин и механизмов развития болезни Альцгеймера, что позволит создать новую систему оценки риска и разработать эффективные методы лечения. Учёные продолжают анализ вариантов, связанных с болезнью Альцгеймера, используя сложные системы на основе церебральных органоидов, имитирующих человеческий мозг.
Источник: medicalxpress.com