Заболевания, характеризующиеся прогрессирующим ухудшением работы мозга — нейродегенерация — оказались сложными для понимания и лечения. Эти распространенные состояния затрагивают миллионы пациентов и их семьи по всему миру, однако попытки разработать новые методы лечения в основном не увенчались успехом.

Ученые из Sanford Burnham Prebys открывают новые идеи для будущих методов лечения, лучше изучая воздействие нейродегенеративных заболеваний на клетки нашего мозга .

Исследователи под руководством Джерольда Чана, доктора медицины, доктора философии, профессора Программы по дегенеративным заболеваниям в Sanford Burnham Prebys, опубликовали в eNeuro результаты объединения двух технологий секвенирования в отдельных клетках для обнаружения новых различий в мРНК, возникающих при болезни Альцгеймера (БА), деменции с тельцами Леви (ДТЛ) и болезни Паркинсона (БП). Гены могут производить более одной информационной РНК (мРНК) — и, таким образом, более одного белка — посредством процесса, известного как альтернативный сплайсинг. Эти различные мРНК называются изоформами.

В исследовании группа использовала две формы секвенирования одноядерной РНК (snRNAseq), что стало продолжением знаменательного отчета Чуна и его коллег, опубликованного в журнале Science в 2016 году, об использовании snRNAseq в человеческом мозге.

«Сейчас snRNAseq — это золотой стандарт для изучения транскриптомов отдельных клеток в человеческом мозге », — сказал Чун. «Из-за сложной смеси клеток мозга, которые могут иметь тысячи связей, другие технологии отдельных клеток более склонны загрязняться тем, что находится вокруг клетки, а это вам не нужно».

Использование snRNAseq позволяет избежать этой дилеммы, изолируя ядра каждой клетки в образце. Затем ученые могут проанализировать состав молекул РНК, содержащих коды для построения новых белков.

«Однако типичные эксперименты по секвенированию отдельных клеток используют то, что называется секвенированием с коротким прочтением», — сказала Кристин Лю, доктор философии, научный сотрудник лаборатории Чуна и первый автор исследования. «Этот метод считывает от 100 до 150 пар оснований за раз и сравнивает каждую с референтным геномом».

Эти сравнения используются для сопоставления меньших последовательностей с референтной последовательностью. Отличия от референтного генома — это то, что ученые называют вариантами. Однако использование коротких фрагментов для реконструкции целого имеет ограничения.

«Короткое секвенирование плохо справляется с определенными типами вариантов последовательностей, поэтому для лучшего их выявления мы также использовали длинное секвенирование, которое считывает от 5000 до 30 000 пар оснований за раз и не требует сопоставления с референсным геномом », — сказал Чун.

Исследовательская группа применила обе методики к отдельным клеткам из посмертных образцов мозговой ткани от 25 доноров, страдавших либо AD, DLB, либо PD, а также к образцам из донорских мозгов без нейродегенеративных заболеваний, которые служили контрольной группой эксперимента. При оценке более 165 000 клеток группа использовала целевое длиннопрочтовое секвенирование мРНК для 50 генов, наиболее связанных с тремя нейродегенеративными заболеваниями в предыдущих исследованиях.

Результаты включали обнаружение новых последовательностей мРНК из всех 50 целевых генов , которые не были обнаружены в ходе предыдущих экспериментов по секвенированию.

«Объединив секвенирование с коротким и длинным считыванием, мы обнаружили огромное разнообразие изоформ мРНК в этих генах, даже тех, которые не были дифференцированно выражены в данных с коротким считыванием», — сказал Лю. «В некоторых генах новые транскрипты, которые мы идентифицировали, на самом деле, по-видимому, составляют большинство от общего числа изоформ».

«Наши результаты подтверждают наши предыдущие выводы о том, что три четверти мРНК в транскриптоме мозга были неизвестны», — сказал Чун, ссылаясь на статью PNAS 2021 года, в которой сообщалось об обнаружении сотен тысяч новых транскриптов мРНК. «Нам еще многое предстоит узнать об этих новых мРНК и о том, как они изменяются при болезнях».

Еще один вопрос для исследовательской группы — какие типы новых белков производятся из этих транскриптов.

«Новые изоформы мРНК означают новые потенциальные белки в больных мозгах и клетках, — сказал Чун, — которые могут представлять собой нечто ранее невидимое, но теперь на него можно воздействовать терапевтически, чтобы найти методы лечения этих распространенных и изнуряющих заболеваний».

Другими авторами исследования из Sanford Burnham Prebys являются Крис Парк, Тони Нго, Джанани Сайкумар, Картер Р. Палмер, Анис Шахнаи и Уильям Дж. Романоу.