O "mapa MUSIC" mostra que algumas células cerebrais envelhecem mais depressa

Engenheiros da Universidade da Califórnia, em San Diego, descobriram que algumas células cerebrais envelhecem mais rápido do que outras, e elas são desproporcionalmente abundantes em pessoas com Alzheimer. Os pesquisadores também observaram diferenças no processo de envelhecimento de certas células cerebrais dependendo do gênero: o córtex cerebral das mulheres tem uma proporção maior de oligodendrócitos "antigos" em comparação com neurônios "antigos" em comparação com o córtex dos homens.

Essas descobertas foram possíveis graças a uma nova técnica chamada MUSIC (mapeamento de interações de ácidos nucleicos em células individuais), que permite aos pesquisadores observar o interior de células cerebrais individuais e mapear as interações entre a cromatina — a forma fortemente enrolada do DNA — e o RNA. A técnica permite visualizar essas interações no nível de células individuais e estudar como elas afetam a expressão gênica.

"A MÚSICA é uma ferramenta poderosa que nos permite obter uma visão mais profunda dos aspectos complexos da doença de Alzheimer ", disse o autor sênior do estudo, Sheng Zhong, professor do Departamento de Bioengenharia Shu Chien-Gen Lai na Escola de Engenharia Jacobs da Universidade da Califórnia, em San Diego.

"Essa tecnologia tem o potencial de descobrir novos mecanismos moleculares subjacentes à patologia da doença de Alzheimer, o que pode abrir caminho para intervenções terapêuticas mais direcionadas e melhores resultados para os pacientes."

O cérebro humano contém uma rede complexa de células que se comunicam e interagem de maneiras complexas. Dentro de cada uma dessas células, componentes genéticos, incluindo cromatina e RNA, interagem dinamicamente para determinar funções celulares críticas. À medida que as células cerebrais crescem e envelhecem, essas interações entre cromatina e RNA mudam. E esses complexos podem variar muito de célula para célula, especialmente em células maduras. Desvendar as complexidades dessas interações, no entanto, continua sendo um desafio.

Em socorro, surgiu uma técnica chamada MÚSICA, que oferece uma janela para o funcionamento interno de células cerebrais individuais. Usando a MÚSICA, a equipe de Zhong analisou amostras de cérebro post-mortem, especificamente tecido do córtex frontal humano, de 14 doadores com 59 anos ou mais, alguns com doença de Alzheimer e outros sem.

Eles descobriram que diferentes tipos de células cerebrais exibiam diferentes padrões de interações entre cromatina e RNA. Curiosamente, células com menos interações curtas de cromatina tendiam a apresentar sinais de envelhecimento e doença de Alzheimer.

"Ao usar essa tecnologia transformadora para analisar células individuais, descobrimos que algumas células cerebrais são mais velhas do que outras", disse Zhong. Ele explicou que pessoas com Alzheimer tinham um número maior dessas células cerebrais mais velhas do que pessoas saudáveis.

Pesquisadores acreditam que a descoberta pode ajudar a desenvolver novos tratamentos para a doença de Alzheimer.

"Se pudermos identificar genes desregulados nessas células antigas e entender suas funções na estrutura local da cromatina, também poderemos identificar novos alvos terapêuticos em potencial", disse o primeiro autor do estudo, Xingzhao Wen, um candidato a doutorado em bioinformática no laboratório de Zhong.

O estudo também encontrou diferenças entre os sexos no envelhecimento das células cerebrais. No córtex cerebral das mulheres, os pesquisadores encontraram uma proporção maior de oligodendrócitos antigos em relação aos neurônios antigos. Os oligodendrócitos são um tipo de célula cerebral que forma uma camada protetora ao redor dos neurônios. Dado seu papel crucial na manutenção da função cerebral normal, o aumento do número de oligodendrócitos antigos pode exacerbar o declínio cognitivo.

"A presença desproporcional de oligodendrócitos senescentes no córtex cerebral das mulheres pode lançar nova luz sobre os riscos aumentados de distúrbios neurodegenerativos e psiquiátricos observados em mulheres", disse Wen.

O próximo passo dos pesquisadores será otimizar ainda mais o MUSIC para que ele possa ser usado para identificar fatores — como genes reguladores e circuitos genéticos — responsáveis pelo envelhecimento acelerado em certas células cerebrais.

"Então desenvolveremos estratégias para suprimir a atividade desses genes ou circuitos, na esperança de retardar o envelhecimento do cérebro", disse Zhong.

Os resultados do trabalho são descritos em detalhes em um artigo publicado na revista Nature.