Istraživači sa Instituta Broad MIT-a i Harvarda, Harvardske medicinske škole i bolnice McLean otkrili su zapanjujuće sličan skup promena u aktivnosti gena u moždanom tkivu kod ljudi sa šizofrenijom i kod starijih osoba. Ove promene sugerišu zajedničku biološku osnovu za kognitivna oštećenja koja se često primećuju kod ljudi sa šizofrenijom i kod starijih osoba.
U studiji objavljenoj u Nature, tim opisuje kako su analizirali ekspresiju gena u više od milion pojedinačnih ćelija iz postmortem moždanog tkiva 191 osobe. Otkrili su da kod osoba sa šizofrenijom i kod starijih osoba bez šizofrenije, dva tipa moždanih ćelija nazvana astrociti i neuroni smanjuju ekspresiju gena koji podržavaju spojeve između neurona koji se nazivaju sinapse, u poređenju sa zdravim ili mlađim ljudima.
Takođe su otkrili tesno sinhronizovane promene ekspresije gena u dva tipa ćelija: kada su neuroni smanjili ekspresiju određenih gena povezanih sa sinapsama, astrociti su na sličan način promenili ekspresiju različitog skupa gena koji podržavaju sinapse.
Tim je ovaj koordinisani skup promena nazvao Sinaptičkim neuronskim i astrocitnim programom (SNAP). Čak i kod zdravih, mladih ljudi, ekspresija SNAP gena se uvek povećavala ili smanjivala na koordinisan način u njihovim neuronima i astrocitima.
„Nauka se često fokusira na to koje gene svaki tip ćelije izražava sam“, rekao je Stiv Mekerol, ko-stariji autor studije i član instituta na Institutu Broad. „Ali moždano tkivo mnogih ljudi i analize tih podataka mašinskim učenjem pomogle su nam da prepoznamo veći sistem. Ovi tipovi ćelija ne deluju kao nezavisni entiteti, već imaju zaista blisku koordinaciju. Snaga tih odnosa nam je zastala dah.“ “
Šizofrenija je poznata po tome što izaziva halucinacije i zablude, koje se bar delimično mogu lečiti lekovima. Ali to takođe uzrokuje iscrpljujući pad kognitivnih sposobnosti, koji nema efikasne tretmane, a uobičajen je i kod starenja. Nova otkrića sugerišu da kognitivne promene u oba stanja mogu uključivati slične ćelijske i molekularne promene u mozgu.
„Da bismo otkrili koordinaciju između astrocita i neurona kod šizofrenije i starenja, morali smo da proučimo uzorke tkiva od veoma velikog broja pojedinaca“, rekla je Sabina Bereta, ko-autor studije, vanredni profesor na Harvardskoj medicinskoj školi i istraživač u oblasti psihijatrijskih poremećaja.
„Naša zahvalnost ide svim donatorima koji su odlučili da doniraju svoj mozak istraživanju kako bi pomogli drugima koji pate od moždanih poremećaja i kojima bismo želeli da posvetimo ovaj rad.
Mekerol je takođe direktor genomske neurobiologije za Broad’s Stanlei centar za psihijatrijska istraživanja i profesor na medicinskoj školi Harvard. Bereta takođe vodi Harvardski centar za resurse moždanog tkiva (HBTRC), koji je obezbedio tkivo za studiju. Emi Ling, postdoktorski istraživač u McCarrollovoj laboratoriji, bio je prvi autor studije.
Mozak u velikoj meri funkcioniše zato što se neuroni povezuju sa drugim neuronima u sinapsama, gde prenose signale jedni drugima. Mozak stalno formira nove sinapse i obrezuje stare. Naučnici smatraju da nove sinapse pomažu našem mozgu da ostane fleksibilan, a studije — uključujući prethodne napore naučnika u Mekerolovoj laboratoriji i međunarodnim konzorcijumima — su pokazale da mnogi genetski faktori povezani sa šizofrenijom uključuju gene koji doprinose funkcionisanju sinapsi.
U novoj studiji, McCarroll, Berretta i kolege su koristili sekvenciranje RNK sa jednim jezgrom, koje meri ekspresiju gena u pojedinačnim ćelijama, kako bi bolje razumeli kako mozak prirodno varira među pojedincima. Oni su analizirali 1,2 miliona ćelija od 94 osobe sa šizofrenijom i 97 bez nje.
Otkrili su da kada neuroni pojačavaju ekspresiju gena koji kodiraju delove sinapsi, astrociti povećavaju ekspresiju različitog skupa gena uključenih u sinaptičku funkciju. Ovi geni, koji čine SNAP program, uključivali su mnoge ranije identifikovane faktore rizika za šizofreniju. Analiza tima pokazala je da i neuroni i astrociti oblikuju genetsku ranjivost za ovo stanje.
„Nauka već dugo zna da su neuroni i sinapse važni u riziku od šizofrenije, ali postavljajući pitanje na drugačiji način – pitajući koje gene svaki tip ćelije dinamički reguliše – otkrili smo da su i astrociti verovatno uključeni“, rekao je Ling.
Na njihovo iznenađenje, istraživači su takođe otkrili da SNAP uveliko varira čak i među ljudima bez šizofrenije, što sugeriše da bi SNAP mogao biti uključen u kognitivne razlike kod zdravih ljudi. Veliki deo ove varijacije je objašnjen uzrastom; SNAP je značajno opao kod mnogih — ali ne kod svih — starijih osoba, uključujući ljude sa i bez šizofrenije.
Uz bolje razumevanje SNAP-a, McCarroll kaže da se nada da bi moglo biti moguće identifikovati životne faktore koji pozitivno utiču na SNAP i razviti lekove koji pomažu u stimulaciji SNAP-a, kao način lečenja kognitivnih oštećenja šizofrenije ili pomoći ljudima da održe svoju kognitivnu fleksibilnost dok starosti.
U međuvremenu, McCarroll, Berretta i njihov tim rade na tome da shvate da li su ove promene prisutne u drugim stanjima kao što su bipolarni poremećaj i depresija. Oni takođe imaju za cilj da otkriju u kojoj meri se SNAP pojavljuje u drugim oblastima mozga i kako SNAP utiče na učenje i kognitivnu fleksibilnost.
