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Une nouvelle technique révèle un vieillissement rapide des cellules cérébrales d’Alzheimer

Résumé: Les neuro-ingénieurs ont découvert que certaines cellules cérébrales vieillissent plus vite que d’autres, notamment chez les patients atteints de la maladie d’Alzheimer. En utilisant une nouvelle technique appelée MUSIC, ils ont identifié des modèles de vieillissement distincts dans les cellules cérébrales et des différences de vieillissement spécifiques au sexe.

Ces découvertes pourraient conduire à des thérapies ciblées pour la maladie d’Alzheimer. L’étude offre de nouvelles perspectives sur les mécanismes moléculaires du vieillissement cérébral.

Faits marquants:

  1. Vieillissement rapide: Certaines cellules cérébrales vieillissent plus vite, notamment chez les patients atteints d’Alzheimer.
  2. Nouvelle technique: MUSIC cartographie les interactions chromatine-ARN dans des cellules individuelles.
  3. Différences sexuelles: Le cortex féminin présente un rapport plus élevé entre les oligodendrocytes âgés et les neurones.

Source: UCSD

Des ingénieurs de l’Université de Californie à San Diego ont découvert que certaines cellules cérébrales vieillissent plus rapidement que d’autres et qu’elles sont disproportionnellement abondantes chez les personnes atteintes de la maladie d’Alzheimer.

De plus, les chercheurs ont observé des différences spécifiques au sexe dans le processus de vieillissement de certaines cellules cérébrales, le cortex féminin présentant un ratio plus élevé de « vieux » oligodendrocytes par rapport aux « vieux » neurones par rapport au cortex masculin.

Les découvertes ont été rendues possibles grâce à une nouvelle technique appelée MUSIC (cartographie des interactions d’acides multinucléiques dans des cellules individuelles), qui permet aux chercheurs de jeter un coup d’œil à l’intérieur des cellules cérébrales individuelles et de cartographier les interactions entre la chromatine, qui est la forme étroitement enroulée de l’ADN, et l’ARN.

Cela montre les neurones.
Le cerveau humain abrite un réseau complexe de cellules qui communiquent et interagissent de manière complexe. Crédit : Actualités des neurosciences

Cette technique permet aux chercheurs de visualiser ces interactions à une résolution unicellulaire et d’étudier comment elles influencent l’expression des gènes.

Le travail est détaillé dans un article publié dans Nature.

« La MUSIQUE est un outil puissant qui peut nous permettre d’approfondir les complexités de la maladie d’Alzheimer », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Sheng Zhong, professeur au département de bio-ingénierie Shu Chien-Gene Lay de l’école d’ingénierie Jacobs de l’UC San Diego.

« La technologie a le potentiel de nous aider à découvrir de nouveaux mécanismes moléculaires sous-jacents à la pathologie d’Alzheimer, ce qui pourrait ouvrir la voie à des interventions thérapeutiques plus ciblées et à de meilleurs résultats pour les patients. »

Le cerveau humain abrite un réseau complexe de cellules qui communiquent et interagissent de manière complexe. Au sein de chacune de ces cellules se trouve une interaction dynamique de composants génétiques, notamment la chromatine et l’ARN, qui dictent des fonctions cellulaires cruciales.

À mesure que les cellules cérébrales grandissent et vieillissent, ces interactions entre la chromatine et l’ARN changent. Et au sein de chaque cellule, ces complexes peuvent varier considérablement, notamment dans les cellules matures. Cependant, démêler les nuances de ces interactions reste un formidable défi.

Entrez MUSIC, un outil de pointe qui offre une fenêtre sur le fonctionnement interne des cellules cérébrales individuelles. À l’aide de MUSIC, l’équipe de Zhong a analysé des échantillons de cerveau post-mortem, en particulier des tissus du cortex frontal humain, obtenus auprès de 14 donneurs âgés de 59 ans et plus, certains atteints de la maladie d’Alzheimer et d’autres non.

Ils ont découvert que différents types de cellules cérébrales présentaient des modèles distincts d’interactions entre la chromatine et l’ARN. Il est intéressant de noter que les cellules présentant moins d’interactions chromatiniennes à courte portée avaient tendance à présenter des signes de vieillissement et de la maladie d’Alzheimer.

« Grâce à cette technologie unicellulaire transformatrice, nous avons découvert que certaines cellules cérébrales sont « plus vieilles » que d’autres », a déclaré Zhong.

Notamment, les personnes atteintes de la maladie d’Alzheimer présentaient une proportion plus élevée de ces cellules cérébrales plus anciennes que les individus en bonne santé, a-t-il expliqué.

Les chercheurs affirment que cette découverte pourrait contribuer au développement de nouveaux traitements contre la maladie d’Alzheimer.

« Si nous pouvions identifier les gènes dérégulés dans ces cellules âgées et comprendre leurs fonctions dans la structure locale de la chromatine, nous pourrions également identifier de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles », a déclaré Xingzhao Wen, co-premier auteur de l’étude, docteur en bioinformatique. candidat dans le laboratoire de Zhong.

L’étude a également révélé des différences spécifiques au sexe dans le vieillissement des cellules cérébrales. Dans le cortex des souris femelles, les chercheurs ont découvert un ratio plus élevé d’oligodendrocytes âgés par rapport aux neurones âgés.

Les oligodendrocytes sont un type de cellule cérébrale qui constitue une couche protectrice autour des neurones. Compte tenu de leur rôle essentiel dans le maintien d’une fonction cérébrale normale, une prévalence accrue d’oligodendrocytes âgés pourrait potentiellement exacerber le déclin cognitif.

« La présence disproportionnée d’oligodendrocytes anciens dans le cortex féminin pourrait apporter un nouvel éclairage sur les risques accrus de troubles neurodégénératifs et mentaux observés chez les femmes », a déclaré Wen.

Ensuite, les chercheurs travailleront à optimiser davantage MUSIC afin de pouvoir l’utiliser pour identifier des facteurs, tels que des gènes régulateurs et des circuits génétiques, responsables du vieillissement accéléré observé dans des cellules cérébrales spécifiques. « Par la suite, nous élaborerons des stratégies pour entraver l’activité de ces gènes ou circuits, dans l’espoir d’atténuer le vieillissement cérébral », a déclaré Zhong.

Financement: Ce travail est soutenu par les National Institutes of Health (DP1DK126138, R01GM138852, UH3CA256960, U01CA200147, R01HD107206) et par une subvention de recherche Kruger.

Divulgation : Sheng Zhong est fondateur et actionnaire de Genemo, Inc. Les autres auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

À propos de cette actualité de la recherche sur la maladie d’Alzheimer

Auteur: Liezel Labios
Source: UCSD
Contact: Liezel Labios – UCSD
Image: L’image est créditée à Neuroscience News

Recherche originale : Accès libre.
« Interactions multiplex de chromatine et d’ARN unicellulaires dans le cerveau humain vieillissant» par Sheng Zhong et al. Nature


Abstrait

Interactions multiplex de chromatine et d’ARN unicellulaires dans le cerveau humain vieillissant

Les complexes chromatiniens organisés de manière dynamique impliquent souvent des interactions chromatiniennes multiplexes et parfois des ARN associés à la chromatine.

Les compositions des complexes chromatiniens changent au cours de la différenciation cellulaire et du vieillissement et devraient être très hétérogènes parmi les cellules individuelles différenciées en phase terminale.

Nous introduisons ici la technique de cartographie des interactions d’acides multinucléiques dans des cellules uniques (MUSIC) pour le profilage simultané des interactions multiplex de la chromatine, de l’expression des gènes et des associations ARN-chromatine au sein de noyaux individuels.

Appliqué à 14 échantillons de cortex frontal humain provenant de donneurs plus âgés, MUSIC a délimité divers types et états de cellules corticales. Nous avons observé que les noyaux présentant moins d’interactions chromatiniennes à courte portée étaient corrélés à la fois à une signature transcriptomique « plus ancienne » et à la pathologie de la maladie d’Alzheimer.

De plus, le type cellulaire présentant des contacts chromatiniens entre cis loci de caractères quantitatifs et un promoteur a tendance à être celui dans lequel ces loci cis les locus de caractères quantitatifs d’expression affectent spécifiquement l’expression de leur gène cible.

De plus, les cellules corticales femelles présentent des interactions très hétérogènes entre l’ARN non codant XIST et le chromosome X, ainsi que diverses organisations spatiales des chromosomes X.

MUSIC présente un outil puissant pour l’exploration de l’architecture et de la transcription de la chromatine à résolution cellulaire dans des tissus complexes.


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