Neuroni, glavne ćelije koje čine naš mozak i kičmenu moždinu, su među ćelijama koje se najsporije regenerišu nakon povrede, a mnogi neuroni ne uspevaju u potpunosti da se regenerišu. Dok su naučnici napredovali u razumevanju regeneracije neurona, ostaje nepoznato zašto se neki neuroni regenerišu, a drugi ne.
Koristeći jednoćelijsko RNK sekvenciranje, metodu koja određuje koji se geni aktiviraju u pojedinačnim ćelijama, istraživači sa Medicinskog fakulteta Univerziteta Kalifornije u San Dijegu identifikovali su novi biomarker koji se može koristiti za predviđanje da li će se neuroni regenerisati ili ne nakon povrede. Testirajući svoje otkriće na miševima, otkrili su da je biomarker dosledno pouzdan u neuronima širom nervnog sistema iu različitim fazama razvoja. Studija je objavljena 16. oktobra 2023. u časopisu Neuron.
„Tehnologija sekvenciranja jedne ćelije nam pomaže da pogledamo biologiju neurona mnogo detaljnije nego što je ikada bilo moguće, a ova studija zaista pokazuje tu sposobnost“, rekao je stariji autor dr Binhai Zheng, profesor na Odseku za Neuronauke na Medicinskom fakultetu UC San Diego. „Ono što smo ovde otkrili mogao bi biti samo početak nove generacije sofisticiranih biomarkera zasnovanih na podacima o jednoj ćeliji.“
Istraživači su se fokusirali na neurone kortikospinalnog trakta, kritičnog dela centralnog nervnog sistema koji pomaže u kontroli kretanja. Nakon povrede, ovi neuroni su među najmanje verovatnim da će regenerisati aksone – dugačke, tanke strukture koje neuroni koriste da komuniciraju jedni sa drugima. Zbog toga su povrede mozga i kičmene moždine tako razorne.
„Ako dobijete povredu u ruci ili nozi, ti nervi se mogu regenerisati i često je moguće potpuno funkcionalno oporaviti, ali to nije slučaj za centralni nervni sistem“, rekao je prvi autor dr Hugo Kim. D., postdoktorski saradnik u laboratoriji Zheng. „Izuzetno je teško oporaviti se od većine povreda mozga i kičmene moždine jer te ćelije imaju veoma ograničen regenerativni kapacitet.
Istraživači su koristili jednoćelijsko sekvenciranje RNK da analiziraju ekspresiju gena u neuronima kod miševa sa povredama kičmene moždine. Podsticali su ove neurone da se regenerišu koristeći utvrđene molekularne tehnike, ali na kraju, ovo je funkcionisalo samo za deo ćelija. Ova eksperimentalna postavka omogućila je istraživačima da uporede podatke o sekvenciranju neurona koji se regenerišu i neurona koji se ne regenerišu.
Dalje, fokusirajući se na relativno mali broj ćelija – nešto više od 300 – istraživači su bili u mogućnosti da izuzetno pažljivo pogledaju svaku pojedinačnu ćeliju.
„Baš kao što je svaka osoba drugačija, svaka ćelija ima svoju jedinstvenu biologiju“, rekao je Dženg. „Istraživanje sitnih razlika između ćelija može nam reći mnogo o tome kako te ćelije rade.
Koristeći kompjuterski algoritam za analizu podataka o sekvenciranju, istraživači su identifikovali jedinstveni obrazac ekspresije gena koji može predvideti da li će se pojedinačni neuron na kraju regenerisati nakon povrede. Obrazac je takođe uključivao neke gene koji nikada ranije nisu bili uključeni u regeneraciju neurona.
„To je kao molekularni otisak prsta za regeneraciju neurona“, dodao je Dženg.
Da bi potvrdili svoje nalaze, istraživači su testirali ovaj molekularni otisak prsta, koji su nazvali Regeneracioni klasifikator, na 26 objavljenih skupova podataka sekvenciranja jednoćelijske RNK. Ovi skupovi podataka uključivali su neurone iz različitih delova nervnog sistema i u različitim fazama razvoja.
Tim je otkrio da je uz nekoliko izuzetaka, klasifikator regeneracije uspešno predvideo potencijal regeneracije pojedinačnih neurona i bio u stanju da reprodukuje poznate trendove iz prethodnih istraživanja, kao što je oštar pad regeneracije neurona neposredno nakon rođenja.
„Potvrda rezultata u odnosu na mnoge skupove podataka iz potpuno različitih linija istraživanja govori nam da smo otkrili nešto fundamentalno o osnovnoj biologiji neuronske regeneracije“, rekao je Dženg. „Moramo da uradimo više da bismo usavršili naš pristup, ali mislim da smo naišli na obrazac koji bi mogao biti univerzalan za sve regenerativne neurone.“
Iako su rezultati kod miševa obećavajući, istraživači upozoravaju da je trenutno klasifikator regeneracije alat koji pomaže istraživačima neuronauke u laboratoriji, a ne dijagnostički test za pacijente u klinici.
„Još uvek postoji mnogo prepreka za korišćenje sekvenciranja jedne ćelije u kliničkim kontekstima, kao što su visoka cena, poteškoće u analizi velikih količina podataka i, što je najvažnije, dostupnost tkivima od interesa“, rekao je Dženg. „Za sada smo zainteresovani da istražimo kako možemo da koristimo klasifikator regeneracije u pretkliničkim kontekstima da predvidimo efikasnost novih regenerativnih terapija i pomognemo da se ti tretmani približe kliničkim ispitivanjima.
