U zdravim mozgovima, imune ćelije zvane mikroglija patroliraju radi oštećenja, uklanjajući ostatke i štetne proteine. Ali u prisustvu proteina APOE4 — najvažnijeg genetskog faktora rizika za Alchajmerovu bolest — iste ćelije izazivaju štetnu upalu i nakupine pogrešno savijenih proteina, prema novoj studiji naučnika sa Instituta Gledston.
Tim je kreirao novi istraživački model za proučavanje Alchajmerove bolesti koji je uključivao transplantaciju ljudskih neurona koji proizvode APOE4 protein u mozgove miševa.
Kada su uklonili mikrogliju iz mozga, otkrili su da protein APOE4 više ne izaziva toliko depozita amiloida ili tau-dve vrste pogrešno savijenih proteina koji su obeležja Alchajmerove bolesti.
„Studija naglašava važnost mikroglije, zajedno sa APOE4 proizvedenim od ljudskih neurona, za Alchajmerovu bolest“, kaže Gledstonova viši istraživač Jadong Huang, MD, Ph.D., koji je nadgledao novu studiju objavljenu u Cell Stem Cell. „Naši nalazi sugerišu da lekovi koji smanjuju mikrogliju mogu na kraju biti korisni u lečenju bolesti.“
Postoje tri glavna oblika APOE proteina kod ljudi. U poređenju sa najčešćom verzijom proteina — APOE3 — protein APOE4 povećava rizik, a APOE2 smanjuje rizik od Alchajmerove bolesti.
Otprilike svaki četvrti Amerikanac ima najmanje jednu kopiju gena APOE4, a otprilike 3% ima dve kopije, što te osobe čini posebno podložnim bolesti.
„Ljudi sa dve kopije APOE4 gena imaju 12 puta veći rizik od razvoja Alchajmerove bolesti od onih sa APOE3“, kaže Huang, koji je i direktor Centra za translacioni napredak u Gledstonu i profesor na odeljenjima za neurologiju i Patologija na UC San Francisco.
Da bi proučavali složenu interakciju između APOE varijanti i moždanih ćelija, Huang i njegov tim su se dugo oslanjali na modele miša, baš kao i mnoge druge istraživačke grupe. Međutim, oponašanje ljudskog mozga kod miša je teško; dodavanje ljudskih gena za APOE4 miševima, kao što se često radi, ne obuhvata u potpunosti kako se ljudske moždane ćelije ponašaju u Alchajmerovoj bolesti.
U novoj studiji, Huangov tim je razvio „himerični“ model miša koji ne samo da nosi ljudske APOE gene, već sadrži i ljudske neurone koji se transplantiraju u mozak. Važno je da se neuroni transplantiraju nakon što mozak sazri, što omogućava istraživačima da oponašaju kasnu Alchajmerovu bolest.
Prethodni pokušaji da se uspostavi model miša koji izražava karakteristike kasne Alchajmerove bolesti bili su neuspešni kada su koristili samo protein APOE4, bez transplantiranih ljudskih neurona.
„Kreiranje ovog modela miša dalo nam je mnogo realističniji način da proučimo kako ljudski neuroni koji nose gen APOE4 doprinose Alchajmerovoj bolesti u živim mozgovima starijih osoba“, kaže Antara Rao, diplomirani student u Huangovoj laboratoriji koji je vodio eksperimente za nova studija.
Huang i njegove kolege su već znali da APOE4 dovodi do viših od uobičajenih nivoa amiloidnih plakova i tau zapleta u ljudskim mozgovima. U novom modelu himernog miša, istraživači su potvrdili da prisustvo ljudskih APOE4 neurona dovodi do visokog nivoa i amiloidnih i tau depozita kako miševi stare.
Takođe su pokazali da ljudski APOE3 neuroni dovode do umerenih nivoa agregata, a ljudski neuroni kojima nedostaje APOE gen u celini su rezultirali manjim brojem tau agregata i rasutih amiloidnih naslaga umesto gustih, štetnih agregata.
„Ispostavilo se da su za preciznije modeliranje kasne Alchajmerove bolesti potrebni ljudski neuroni, a ne neuroni miša, koji proizvode APOE4 u mozgu miša“, kaže Huang.
Huangova grupa je ranije otkrila da neuroni miša koji proizvode humani APOE4 oslobađaju molekularne signale koji aktiviraju mikrogliju. Ovaj put su koristili novi model miša da detaljnije ispitaju vezu između mikroglije i ljudskih neurona koji proizvode APOE4.
Istraživači su koristili lek za selektivno uklanjanje mikroglije iz mozga himeričnih miševa. Kod miševa sa ljudskim APOE4 neuronima, otkrili su da su nivoi amiloidnih i tau agregata značajno smanjeni, što ukazuje da APOE4 i mikroglija rade zajedno na pokretanju ključnih atributa Alchajmerove bolesti.
Tim se zatim okrenuo jednoćelijskom sekvenciranju RNK – moćnoj tehnici za proučavanje aktivnosti gena u pojedinačnim ćelijama – da bi se utvrdilo koji geni su aktivirani u mikroglijama svakog modela miša.
Otkrili su da se u prisustvu ljudskih neurona koji sadrže APOE4 i APOE3 nivoi inflamatornih molekula u mikroglijama povećavaju. Mikroglija sa najzapaljivijim molekularnim potpisima činila je 30% svih mikroglija kod miševa sa ljudskim APOE4 neuronima, 20% svih mikroglija kod miševa sa ljudskim APOE3 neuronima i samo 8% svih mikroglija kod miševa koji su imali ljudske neurone bez APOE gena .
„Zajedno, ovi rezultati sugerišu da se mikroglija aktivira APOE4 proizvedenim od ljudskih neurona i, zauzvrat, potencijalno pomaže u formiranju pogrešno savijenih proteinskih agregata koje vidimo kod Alchajmerove bolesti“, kaže Rao.
Nalazi daju istraživačima nove korake da shvate kako se mikroglija pokvari kod Alchajmerove bolesti, prelazeći iz svog normalno zaštitnog stanja u štetno stanje u prisustvu APOE4 koji proizvode ljudski neuroni.
Studija takođe sugeriše da lekovi koji mogu da smanje nivoe APOE4 u neuronima ili ciljaju mikrogliju – bilo smanjenjem broja mikroglije ili njihovog nivoa inflamatorne aktivnosti – mogu biti obećavajuća strategija za usporavanje ili sprečavanje progresije Alchajmerove bolesti kod ljudi sa genom APOE4 .
Ipak, potrebno je više rada da bi se pokazalo da li bi ove potencijalne strategije bile efikasne kod ljudi, koji bi bili neželjeni efekti ciljanja na neuronski APOE4 ili mikrogliju i kako bi tajming takvog tretmana funkcionisao.
Istraživači se takođe nadaju da će koristiti svog novog himernog miša za proučavanje uloga drugih tipova ćelija u Alchajmerovoj bolesti.
„Naš novi model miša, zajedno sa ovim početnim rezultatima, nudi put ka boljem razumevanju Alchajmerove bolesti, posebno u kontekstu APOE4, i razvoju novih lekova koji bi je mogli lečiti“, kaže Huang.
