В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Neuroscience, ученые из Института развития мозга им. Либера (Lieber Institute for Brain Development) и Американского научно-исследовательского института Астеллас (Astellas Research Institute of America) изучили экспрессию генов в важном типе нейронов, которые могут быть связаны с шизофренией.
Актуальность проблемы
Прошлые исследования в области нейробиологии показывают, что определенные типы клеток могут способствовать развитию психических расстройств, включая шизофрению. Однако выявление типов клеток, которые могут играть роль при шизофрении, может быть довольно сложной задачей, особенно при использовании некоторых из наиболее традиционных методов анализа тканей человека.
За последние несколько лет ученые провели несколько исследований с целью лучшего понимания молекулярных коррелятов шизофрении путем анализа ткани мозга человека, собранной после смерти. Эти эксперименты были проведены на гомогенате мозговой ткани, которая содержит сложную смесь различных типов клеток. Несмотря на то, что ученые собрали важную информацию, использование гомогенизированной мозговой ткани казалось далеко от идеала, поскольку затрудняло сосредоточение исследований на конкретных типах клеток, гипотетически связанных с сигналами экспрессии генов при шизофрении.
Материалы и методы обследования
«Предыдущие исследования вовлекали зубчатую извилину в психиатрические заболевания, и этот субрегион гиппокампа играет важную роль в памяти», — объясняет автор исследования Даниэль Хеппнер (Daniel Hoeppner). «В нашем исследовании мы использовали отчетливый морфологический вид слоя гранулярных клеток, используя микродиссекцию с помощью лазерного захвата, чтобы вырезать этот слой из окружающей ткани гиппокампа».
Одна из сильных сторон нового исследования заключается в том, что в нем используются данные РНК-секвенирования (RNA-seq) из обоих полушарий одного и того же мозга; объемная область гиппокампа от одного полушария и слой клеток зубчатой извилины из другого.
Результаты научной работы
Ученые описали экспрессию генов в области мозга, которая, как было установлено, связана с шизофренией, а именно в зубчатой извилине гиппокампа. Анализируя данные исследования, ученые смогли идентифицировать сигнатуры экспрессии генов, специфичные для слоя гранулярных клеток зубчатой извилины. Эти контрасты в клеточной специфичности различных частей гиппокампа были в центре внимания исследователей.
«С методологической точки зрения многие исследователи перешли от гомогенизированной мозговой ткани непосредственно к отдельным ядрам, используя так называемое секвенирование одноядерной РНК (snRNA-seq)», — объясняет Даниэль Хеппнер. «Тем не менее, эти развивающиеся методы все еще слабо отражают экспрессию генов, особенно из менее распространенных клеточных популяций. Использование микродиссекции с помощью лазерного захвата позволило нам сосредоточиться на морфологически или пространственно определенных клеточных популяциях и использовать существующие хорошо известные технологии секвенирования для глубокого профилирования их транскриптора».
Используя лазерную захватную микродиссекцию в сочетании с РНК-секвенированием, исследователи смогли выявить гораздо большую клеточную специфичность для генов, обнаруженных в локусах риска исследования в рамках всего генома (GWAS), чем те, которые были охарактеризованы в предыдущих исследованиях. Другими словами, ученые идентифицировали типы клеток и генетические эффекты в области зубчатой извилины, которые могут быть связаны с риском развития шизофрении.
Исследователи выявили около 9 миллионов признаков экспрессии генов в зубчатой извилине, 15% из которых были уникальными для этой области мозга и отсутствовали в других областях гиппокампа. Эти 15% включали 15 локусов экспрессии, которые ранее были выделены в качестве возможных вариантов риска шизофрении. Анализируя результаты, исследователи смогли раскрыть генетические сигналы, связанные с шизофренией, которые никогда не были идентифицированы ранее, включая снижение экспрессии генов GRM3 и CACNA1C.
«Выявление новых взаимосвязей генов риска, особенно в зубчатой извилине, может в конечном итоге мотивировать функциональные эксперименты по генерации нейронов клеток гиппокампа из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК) и изменению экспрессии этих генов риска, чтобы лучше понять биологические механизмы риска», — добавляет Даниэль Хеппнер.
Авторы другого исследования заявили, что наличие в доме собаки снижает риск развития шизофрении.
