Επιστήμονες δημιούργησαν έναν λεπτομερή χάρτη της δραστηριότητας των γονιδίων σε μια κρίσιμη περιοχή του εγκεφάλου, τον προμετωπιαίο φλοιό, αποκτώντας έτσι πολύτιμες γνώσεις σχετικά με τη φυσιολογική ανάπτυξη και σοβαρές εγκεφαλικές διαταραχές, όπως η νόσος Αλτσχάιμερ, η νόσος Πάρκινσον και η σχιζοφρένεια.
Σε εννέα ξεχωριστές μελέτες, οι ερευνητές εξέτασαν τις αλλαγές σε μεμονωμένους τύπους εγκεφαλικών κυττάρων που συμβαίνουν με την πάροδο του χρόνου και σημείωσαν πρόοδο στην αποκρυπτογράφηση των μοριακών διεργασιών που αποτελούν τη βάση ορισμένων από τις πιο καταστροφικές εγκεφαλικές διαταραχές, σε ένα βήμα προς πιθανές νέες θεραπείες.
Ο προμετωπιαίος φλοιός είναι το μπροστινό μέρος του εξωτερικού στρώματος του εγκεφάλου, που βρίσκεται πίσω από το μέτωπο. Βοηθά ένα άτομο να σχεδιάζει, να λαμβάνει αποφάσεις, να ρυθμίζει τα συναισθήματα και να προσαρμόζει τη συμπεριφορά του. Είναι επίσης ευαίσθητος στη γήρανση και οι λειτουργίες του επηρεάζονται σε πολλές ψυχιατρικές και νευροεκφυλιστικές διαταραχές.
Η γονιδιακή δραστηριότητα εξετάστηκε στους πυρήνες περισσότερων από 6,3 εκατομμυρίων εγκεφαλικών κυττάρων – νευρώνων, ανοσοκυττάρων, κυττάρων που σχετίζονται με τα αιμοφόρα αγγεία και υποστηρικτικών κυττάρων που βοηθούν στη διατήρηση της εγκεφαλικής λειτουργίας – από 1.494 νεκρούς δότες, ηλικίας από τη βρεφική ηλικία έως 108 ετών και με διαφορετικές γενετικές καταβολές.
Οι δότες περιελάμβαναν άτομα χωρίς διαγνωσμένη εγκεφαλική διαταραχή, καθώς και άτομα που είχαν διαγνωστεί με παθήσεις όπως η νόσος Αλτσχάιμερ, η νόσος Πάρκινσον, η άνοια με σωμάτια Lewy, η αγγειακή άνοια, η σχιζοφρένεια και η διπολική διαταραχή.
Η έρευνα εντόπισε μοτίβα που είναι κοινά σε ορισμένες από τις ασθένειες, καθώς και άλλα που αφορούν συγκεκριμένες διαταραχές.
Δρ. Πάνος Ρούσσος: Ο Έλληνας επιστήμονας επικεφαλής της έρευνας
«Αυτές οι μελέτες βοηθούν να εξηγηθεί πού συμβαίνουν αλλαγές που σχετίζονται με ασθένειες και ποιες βιολογικές διεργασίες αξίζουν πιο προσεκτική διερεύνηση», δήλωσε ο Δρ. Πάνος Ρούσσος, διευθυντής του Κέντρου Νευρογονιδιωματικής Νοσημάτων στην Ιατρική Σχολή Icahn του Mount Sinai στη Νέα Υόρκη και επικεφαλής της έρευνας που δημοσιεύθηκε στο Nature και σε άλλα επιστημονικά περιοδικά.
«Μια χρήσιμη θεραπεία πρέπει να επηρεάζει τη σωστή βιολογική διαδικασία στα σωστά κύτταρα. Αυτός ο χάρτης βοηθά στον περιορισμό αυτής της αναζήτησης. Μπορεί να εντοπίσει ευάλωτους κυτταρικούς πληθυσμούς, να αποκαλύψει διεργασίες που σχετίζονται με τη διατηρημένη λειτουργία του εγκεφάλου και να βοηθήσει τους ερευνητές να αποφασίσουν ποιους πιθανούς θεραπευτικούς στόχους θα δοκιμάσουν», επισήμανε ο Έλληνας επιστήμονας.
Η εργασία διεξήχθη στο πλαίσιο της ερευνητικής κοινοπραξίας PsychAD, με την υποστήριξη του Εθνικού Ινστιτούτου Γήρανσης, που αποτελεί μέρος των Εθνικών Ινστιτούτων Υγείας των ΗΠΑ.
Ισχυρές ομοιότητες
Η νόσος Αλτσχάιμερ, η νόσος με σωμάτια Lewy, η αγγειακή άνοια και η νόσος Πάρκινσον έδειξαν ιδιαίτερα έντονες ομοιότητες στη γονιδιακή δραστηριότητα που εμπλέκεται στην ανάπτυξη των νευρικών κυττάρων, τη νευρωνική επικοινωνία και τη βιολογία των αιμοφόρων αγγείων.
Οι ερευνητές εντόπισαν επίσης κοινές οδούς στη νόσο Αλτσχάιμερ και τη νόσο Πάρκινσον στα μικρογλοία, τα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος που βρίσκονται στον εγκέφαλο.
Συγκρίνοντας δείγματα εγκεφάλου από δότες διαφορετικών ηλικιών, οι ερευνητές διαπίστωσαν εκτεταμένες μοριακές αλλαγές κατά την ανάπτυξη μέχρι την ενηλικίωση, σχετική σταθερότητα σε μεγάλο μέρος της ενήλικης ζωής και στη συνέχεια νέες αλλαγές αργότερα στη ζωή, ιδιαίτερα στα ανοσοποιητικά και υποστηρικτικά κύτταρα.
«Αυτό το στοιχείο παρέχει μια αναφορά για τη διάκριση της τυπικής γήρανσης από τις αλλαγές που σχετίζονται με ασθένειες», πρόσθεσε ο Ρούσσος.
Οι ερευνητές εντόπισαν περίπου την ηλικία των 24 ετών ως ένα σημείο μετάβασης, μετά το οποίο οι περισσότεροι τύποι κυττάρων στην περιοχή αυτή γίνονται πιο σταθεροί.
«Δεν σημαίνει ότι ο εγκέφαλος τελειώνει ξαφνικά την ανάπτυξή του στα 24α γενέθλια ενός ανθρώπου ή ότι η παρακμή ξεκινά σε αυτήν την ηλικία. Άλλες πτυχές της βιολογίας του εγκεφάλου συνεχίζουν να αλλάζουν καθ’ όλη τη διάρκεια της ζωής», τόνισε ο Ρούσσος.
Οι ερευνητές βρήκαν επίσης κυτταρικά πρότυπα που σχετίζονται με διαφορές στη γνωστική λειτουργία και με την κατάθλιψη που συνοδεύει τη νόσο Αλτσχάιμερ. Για παράδειγμα, άτομα που διατήρησαν τη γνωστική λειτουργία παρά την ύπαρξη σημαντικής παθολογίας Αλτσχάιμερ εμφάνισαν διαφορές στις ενεργειακές διεργασίες των εγκεφαλικών κυττάρων.
Κληρονομικός γενετικός κίνδυνος
Οι ερευνητές συνέδεσαν τον κληρονομικό γενετικό κίνδυνο διαταραχών με συγκεκριμένα γονίδια και κυτταρικούς τύπους και χαρτογράφησαν γενετικές επιρροές στη δραστηριότητα περισσότερων από 14.000 γονιδίων.
Επίσης, ανακατασκεύασαν ημερήσια πρότυπα γονιδιακής δραστηριότητας χρησιμοποιώντας δείγματα εγκεφάλου από άτομα που πέθαναν σε διαφορετικές ώρες της ημέρας.
Σε νεότερους και μεσήλικες ενήλικες, τα γονίδια του ημερήσιου ρολογιού έδειξαν συντονισμένα πρότυπα στους νευρώνες. Σε ηλικιωμένους ενήλικες, τα πρότυπα αυτά ήταν πιο αδύναμα και λιγότερο συγχρονισμένα.
«Το εύρημα αυτό υποδηλώνει ότι η γήρανση αλλάζει τον τρόπο με τον οποίο οργανώνονται οι καθημερινοί βιολογικοί ρυθμοί μέσα στον εγκέφαλο. Το κατά πόσον η αποκατάσταση αυτών των ρυθμών θα μπορούσε να βελτιώσει την υγεία του εγκεφάλου είναι ένα σημαντικό ερώτημα για μελλοντική έρευνα», σχολίασε ο Δρ. Ρούσσος.
Οι ερευνητές δημιούργησαν επίσης μοριακά προφίλ για μεμονωμένους δότες που είχαν νόσο Αλτσχάιμερ και εντόπισαν διαφορές στη γονιδιακή ρύθμιση, καθώς και στις προβλεπόμενες αλληλεπιδράσεις μεταξύ διαφορετικών κυτταρικών τύπων από άτομο σε άτομο.
«Αυτό βοηθά στην εξήγηση της βιολογικής ποικιλομορφίας μεταξύ ατόμων με την ίδια διάγνωση και παρέχει μια βάση για τη διερεύνηση πιο εξατομικευμένων στρατηγικών θεραπείας», κατέληξε ο Δρ. Ρούσσος.
