Retka, ali moćna genetska mutacija koja menja protein u imunim ćelijama mozga, poznat kao mikroglija, može ljudima dati čak tri puta veći rizik od razvoja Alchajmerove bolesti. Nova studija istraživača sa Instituta za učenje i pamćenje Picover na MIT-u opisuje kako mutacija podriva funkciju mikroglije, objašnjavajući kako se čini da stvara taj veći rizik.
„Ova TREM2 R47H/+ mutacija je prilično važan faktor rizika za Alchajmerovu bolest“, rekao je glavni autor studije Džej Peni, bivši postdoktor u laboratoriji MIT-a profesora Picover Li-Huei Tsaija. Peni je sada novi docent na Univerzitetu Ostrva Princa Edvarda. „Ova studija dodaje jasne dokaze da disfunkcija mikroglije doprinosi riziku od Alchajmerove bolesti.“
U studiji u časopisu GLIA, Tsai i Pennei-jev tim pokazuju da ljudska mikroglija sa R47H/+ mutacijom u TREM2 proteinu pokazuje nekoliko deficita povezanih sa Alchajmerovom patologijom. Mutantna mikroglija je sklona upali, ali je lošija u reagovanju na povredu neurona i manje je sposobna da očisti štetne ostatke, uključujući Alchajmerov karakteristični protein amiloid beta.
A kada su naučnici preneli TREM2 mutantnu ljudsku mikrogliju u mozak miševa, miševi su pretrpeli značajan pad u broju sinapsi, ili veza između njihovih neurona, što može narušiti kola koja omogućavaju moždane funkcije kao što je pamćenje.
Studija nije prva koja postavlja pitanje kako mutacija TREM2 R47H/+ doprinosi Alchajmerovoj bolesti, ali može unaprediti razumevanje naučnika u nastajanju, rekao je Peni. Rane studije su sugerisale da je mutacija jednostavno lišila funkciju proteina, ali novi dokazi daju dublju i nijansiraniju sliku. Dok mikroglija pokazuje smanjeno uklanjanje krhotina i odgovor na povrede, one postaju preaktivne na druge načine, kao što su njihova preterana upala i obrezivanje sinapsi.
„Postoji delimični gubitak funkcije, ali i dobijanje funkcije za određene stvari“, rekao je Peni.
Umesto da se oslanjaju na mišje modele mutacije TREM2 R47H/+, Pennei, Tsai i njihovi koautori su fokusirali svoj rad na ćelijske kulture ljudske mikroglije. Da bi to uradili, koristili su liniju matičnih ćelija dobijenu od ćelija kože koje je donirala zdrava 75-godišnja žena. U nekim matičnim ćelijama su zatim koristili uređivanje gena CRISPR da bi ubacili mutaciju R47H/+, a zatim uzgajali i uređene i neuređene matične ćelije da bi postale mikroglija.
Ova strategija im je dala zalihe mutirane mikroglije i zdrave mikroglije, da deluju kao eksperimentalne kontrole, koje su inače bile genetski identične.
Tim je zatim pogledao da vidi kako je mutacija uticala na ekspresiju gena svake ćelijske linije. Naučnici su izmerili više od 1.000 razlika, ali posebno primetno otkriće je da mikroglija sa mutacijom povećava ekspresiju gena povezanih sa upalom i imunim odgovorima.
Zatim, kada su izložili mikrogliju u kulturi hemikalijama koje simuliraju infekciju, mutantna mikroglija je pokazala značajno izraženiji odgovor od normalne mikroglije, što sugeriše da mutacija čini mikrogliju mnogo sklonijom upali.
U daljim eksperimentima sa ćelijama, tim ih je izložio tri vrste mikroglije ostataka koji se obično uklanjaju u mozgu: mijelin, sinaptički proteini i amiloid beta. Mutantna mikroglija se čistila manje od zdravih.
Drugi zadatak mikroglije je da reaguje kada su ćelije, kao što su neuroni, povređene. Pennei i Tsai-in tim su zajedno kultivisali mikrogliju i neurone, a zatim su upalili neurone laserom. Sledećih 90 minuta nakon povrede tim je pratio kretanje okolne mikroglije. U poređenju sa normalnom mikroglijom, manje je verovatno da će oni sa mutacijom krenuti prema povređenoj ćeliji.
Konačno, da bi testirali kako mutantna mikroglija deluje u živom mozgu, naučnici su transplantirali mutantnu ili zdravu kontrolnu mikrogliju u miševe u regionu mozga koji je fokusiran na pamćenje koji se zove hipokampus. Naučnici su zatim obojili taj region kako bi istakli različite proteine od interesa. Mutantna ili normalna ljudska mikroglija nije bila važna za neke mere, ali proteini povezani sa sinapsama su u velikoj meri smanjeni kod miševa gde je mutirana mikroglija implantirana.
Kombinovanjem dokaza iz merenja ekspresije gena i dokaza iz eksperimenata sa funkcijom mikroglije, istraživači su uspeli da formulišu nove ideje o tome šta pokreće barem neke od mikroglijalnih loših ponašanja. Na primer, Pennei i Tsai-ov tim primetio je pad u ekspresiji „purinergičnog“ receptorskog proteina koji uključuje osetljivu povredu neurona, što možda objašnjava zašto se mutantna mikroglija bori sa tim zadatkom.
Takođe su primetili da su miševi sa mutacijom prekomerno eksprimirani proteini „komplementa“ koji se koriste za označavanje sinapsi za uklanjanje. To bi moglo objasniti zašto su mutantne mikroglije bile preterano revne u uklanjanju sinapsi kod miševa, rekao je Peni, iako bi povećana upala takođe mogla da izazove to tako što će oštetiti neurone u celini.
Kako molekularni mehanizmi koji leže u osnovi mikroglijalne disfunkcije postaju jasniji, rekao je Pennei, programeri lekova će steći kritičan uvid u načine da ciljaju veći rizik od bolesti povezan sa mutacijom TREM2 R47H/+.
„Naši nalazi naglašavaju višestruke efekte mutacije TREM2 R47H/+ koji će verovatno biti u osnovi njene povezanosti sa rizikom od Alchajmerove bolesti i sugerišu nove čvorove koji bi se mogli iskoristiti za terapijsku intervenciju“, zaključuju autori.
