Stwierdzono, że pęcherzyki mózgowe zawierają selektywnie upakowany mRNA pełnej długości

Naukowcy z Sanford Burnham Prebys wykazali, że pęcherzyki przemieszczające się między komórkami w mózgu niosą pełniejsze instrukcje dotyczące zmiany funkcji komórkowych, niż wcześniej sądzono.

W wynikach opublikowany W Raporty komórekGłówny badacz Jerrold Chun i jego zespół odkryli również, że instrukcje biologiczne zawarte w tych pęcherzykach znacznie różniły się w pośmiertnych próbkach mózgu pobranych od pacjentów z chorobą Alzheimera.

Naukowcy nazywają badane w tym badaniu maleńkie bąbelki mózgowe małymi pęcherzykami zewnątrzkomórkowymi (sEV). Te małe biologiczne balony z wodą są wytwarzane przez większość komórek organizmu w celu transportu szerokiej gamy białek, lipidów i produktów ubocznych metabolizmu komórkowego, a także kodów RNA, które komórki biorcy wykorzystują do budowy nowych białek.

Ponieważ ten bioaktywny ładunek może z łatwością indukować zmiany w innych komórkach, naukowcy interesują się komórkami mózgowymi sEV jako sposobem przekazywania normalnych, a także źle sfałdowanych instrukcji nieprawidłowo sfałdowanym białkom, które gromadzą się w mózgu wraz z rozwojem chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera.

Aby potencjalnie przyczyniać się do gromadzenia niepożądanych białek, nowotworowe komórki macierzyste muszą posiadać plany zawierające wystarczającą ilość informacji, aby umożliwić innym komórkom wytwarzanie problematycznych białek. Większość wcześniejszych badań wskazywała, że ​​plany informacyjnego RNA (mRNA) przenoszące białka zostały pocięte na zbyt wiele krótszych kawałków, aby umożliwić komórkom biorcom zmianę wzorców budowy.

„W naszym badaniu odkryliśmy coś zupełnie odwrotnego” – mówi Chun, profesor w Centrum Badań nad Zaburzeniami Genetycznymi i Starzeniem się w Sanford Burnham Prebys. „Zidentyfikowaliśmy ponad 10 000 mRNA pełnej długości dzięki zastosowaniu stosunkowo nowszej technologii sekwencjonowania DNA zwanej sekwencjonowaniem z długim odczytem PacBio”.

Zespół wyizolował MSC z kory przedczołowej z 12 próbek mózgu pobranych pośmiertnie od pacjentów, u których zdiagnozowano chorobę Alzheimera oraz 12 próbek od dawców bez choroby Alzheimera (ani jakiejkolwiek innej znanej choroby neurologicznej). Około 80% zidentyfikowanych mRNA było pełnej długości, co umożliwiło ich transkrypcję przez komórki biorcy na żywe białka.

„Aby potwierdzić wyniki długotrwałego sekwencjonowania próbek ludzkich, przyjrzeliśmy się także pęcherzykom wyizolowanym z komórek myszy” – mówi pierwsza autorka, dr Linnea Ransom, stażysta podoktorski w Sanford Burnham-Prebys. „Znaleźliśmy podobne średnie wynoszące od 78% do 86% kompletnych transkryptów w trzech typach komórek mózgowych: astrocytach, mikrogleju i neuronach”.

Oprócz analizy i walidacji ustaleń dotyczących długości mRNA w sEV mózgu, naukowcy porównali sekwencje genów odzwierciedlone w transkrypcie mRNA sEV. W próbkach chorych na chorobę Alzheimera 700 genów wykazywało zwiększoną ekspresję, a około 1500 genów miało zmniejszoną aktywność.

Naukowcy ustalili, że 700 zwiększonych genów jest powiązanych ze stanem zapalnym i aktywacją układu odpornościowego, co pasuje do znanych wzorców zapalenia mózgu występujących w chorobach neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera. Naukowcy odkryli również, że wiele genów związanych z chorobą Alzheimera, które stwierdzono w poprzednich badaniach asocjacyjnych obejmujących cały genom, było również obecnych w sEV chorych na chorobę Alzheimera.

„Zmiany w ekspresji genów stwierdzane w tych pęcherzykach ujawniają sygnaturę zapalną, która może służyć jako okno na procesy chorobowe zachodzące w mózgu w miarę postępu choroby Alzheimera” – mówi Chun.

Po zakończeniu tego badania Chun i jego zespół zbadają, w jaki sposób komórki pakują sEV i w jaki sposób zamknięte kody mRNA prowadzą do zmian funkcjonalnych w innych komórkach mózgowych dotkniętych chorobą Alzheimera. Lepsze zrozumienie sEV i zawartości mRNA w nich może umożliwić odkrycie biomarkerów, które można wykorzystać do poprawy wczesnego wykrywania choroby Alzheimera i ewentualnie innych schorzeń neurologicznych, przy jednoczesnej identyfikacji nowych mechanizmów chorobowych w celu zapewnienia nowych celów terapeutycznych.

„Ponadto sEV występują naturalnie jako nośnik transportu bioaktywnego ładunku między komórkami, zatem możliwe może być również wykorzystanie ich jako ukierunkowanego systemu dostarczania w przyszłych terapiach mózgu” – mówi Chun.