Annak megértése, hogyan változtatja meg a mikroglia állapotát, hogy alkalmazkodjon az agy különböző területeihez

Annak megértése, hogyan változtatja meg a mikroglia állapotát, hogy alkalmazkodjon az agy különböző területeihez

GondolatvezetőJeffrey Stogsdill, Ph.D.Őssejt- és Regeneratív Biológiai IntézetHarvard EgyetemEbben az interjúban a News Medical Jeffrey Stogsdill-lel, Ph.D.-vel beszél a legújabb kutatásáról, amely azt vizsgálja, hogyan változtatja meg a mikroglia állapotát, hogy alkalmazkodjon az agy különböző területeihez.

Kérem, mutatkozzon be, és meséljen kutatási hátteréről és érdeklődési köréről, valamint arról, hogy miért döntött úgy, hogy elvégzi legújabb tanulmányát?

A publikáció idején posztdoktori voltam Dr. Paola Arlotta laboratóriumában, a Harvard Egyetem Őssejt- és Regeneratív Biológiai Tanszékén. Doktori munkámat a Duke Egyetemen Dr. Cagla Eroglunál végeztem, ahol a központi idegrendszer nem-neuronális gliasejtek, elsősorban az asztrociták és a mikroglia iránti megbecsülésemet és elbűvölődésemet szereztem.

Végzős hallgatóként felfedeztem, hogy az asztrocita sejtek szorosan kapcsolódnak a neuronális szinapszisokhoz, és még azt is szabályozzák, hogyan kapcsolódnak egymáshoz. Úgy döntöttem, hogy posztdoktori tanulmányokat folytatok Paola Arlottával, mert az ő laboratóriuma járt az élen annak megértésében, hogyan épülnek fel a különböző idegsejt-típusok az agykéregben. Úgy éreztem, jelentős felfedezések születtek, ha egyesítettem a gliabiológiában szerzett szakértelmemet a labor neuronális diverzitás terén szerzett szakértelmével. Együtt felfedeztünk egy kommunikációs kódot a serkentő neuronok és a mikroglia között az agykéregben, az agy magasabb rendű kognitív folyamatokért felelős régiójában.

A fénykép forrása: nobeastsofierce/Shutterstock

A kutatók egyre többet tanulnak a mikroglia számos szerepéről. Mik ezek az apró immunsejtek, és hogyan játszanak szerepet az agyműködésben, az egészségben és a betegségekben?

A mikrogliák az agy helyi makrofágjai, ami azt jelenti, hogy immunológiai sejtes örökséggel rendelkeznek. Valójában a fejlődő embrión kívüli régióból, az úgynevezett sárgájazsákból származnak, ahol a véráramban haladva megtelepednek az agyban, végül a vér-agy gátként ismert, nagyrészt sejteket át nem eresztő fal mögött maradnak.

Korábban a mikroglia sejtként működött, amely felfalja az agyat, és eltávolítja az agyból a törmeléket (azaz elhalt sejteket és az agykárosodás utáni tisztítást). Most azonban megtanuljuk, hogy sokkal többet tesznek, beleértve az idegi tevékenység érzékelését és reagálását. Az emberi egészségben is túlméretezett szerepet játszanak. Számos neurológiai betegség közvetlenül vagy közvetve kapcsolódik a mikroglia működéséhez, beleértve az autizmus spektrum zavarokat, az Alzheimer-kórt és a sclerosis multiplexet, hogy csak néhányat említsünk.

Legújabb kutatásaik azt sugallják, hogy a mikroglia sejtek képesek „hallgatni” a szomszédos neuronokra, és módosítani tudják molekuláris állapotukat, hogy megfeleljenek azokhoz. Meg tudná magyarázni, hogy ez mit jelent és hogyan történik?

Immunológiai természetüknél fogva a mikrogliák olyan sejtek, amelyek „hallgatnak” és „érzik” az őket körülvevő környezetet. Sok kis águk van, amelyek folyamatosan pásztázzák környezetüket, hogy többek között gyenge szinapszisokat és sérült területeket találjanak, és felmérjék a közeli neuronális aktivitás szintjét. Korábbi kutatásokból tudtuk, hogy az egyik agyrégió mikrogliái más sejtreceptorokat (vagyis a hallásban részt vevő molekulákat) expresszálnak, mint más agyi régiók, de nem volt világos, hogy ez hogyan fordítódik le az egyéni mikroglia lokális szintjén.

Megállapítottuk, hogy egyetlen agyi régión belül (az agykéreg rétegein), amelyben számos különböző típusú serkentő neuron található, két fontos módon tudják lokálisan szabályozni a mikrogliát: 1) a különböző neuron-altípusok lokálisan különböző számú mikrogliát toboroznak a területükön, és 2) „hangolják” a helyi mikroglia átírási profiljait, nagyjából úgy, mint egy hangszer hangját. Ez utóbbi pont nagyon fontos, mert azt sugallja, hogy a különböző agyi tevékenységekben részt vevő különböző neuronok a lokális mikroglia sejtprofilját az áramköreik igényeihez igazítják.

Feltételezzük, hogy ezt részben különböző jelzőmolekulák hajtják végre, amelyeket a serkentő neuronok különböző osztályai fejeznek ki. Ezeket úgy találtuk meg, hogy profiloztuk az összes jelátviteli molekula expresszióját a neuronokban, és ezt az expressziós atlaszt korreláltuk a mikroglia különböző állapotaiban (vagy dallamaiban, vissza a zenei analógiához) lévő összes jelzőmolekulával. Csodálkozva láttuk, hogy a sejtek e fő alosztályai közötti jelátvitel milyen specifikus.

Vizsgálatukat genetikai profilalkotási módszerekkel végezték a különböző rétegekben található mikrogliák vizsgálatára. Kifejtenéd részletesebben, hogyan végezted a kutatást, és milyen meglátásokra jutottál?

Ezt a kérdést kétféleképpen közelítettük meg az egér mikroglia profilozásával, amely jó, bár nem tökéletes korrelációja az emberi agynak. Az első megközelítésben eltávolítottuk a kérget, majd óvatosan mikropreparáltuk a kéreg rétegeit. Ezután az összes mikrogliát kivontuk, és az egysejtű RNS-szekvenálásnak nevezett hatékony eszközzel profiloztuk. Ez a módszer lehetővé teszi a kutatók számára, hogy minden egyes sejt RNS-expressziós profilját (más szóval az expresszált gének repertoárját) más sejtektől elkülönítve tekintsék meg.

Genetika és genomika e-könyv

Összeállítás az elmúlt év legjobb interjúiból, cikkeiről és híreiről.

Töltse le a másolatot még ma

Először is azt találtuk, hogy az általunk kivont összes rétegből minden sejt mikroglia volt a mikrogliára egyedi és specifikus gének expressziója révén. De aztán azt találtuk, hogy az azonosság alaprétege felett létezik egy másodlagos génexpressziós réteg, amely korrelált azzal a réteggel, amelyből a mikrogliát mikrodisszekcióval végezték. Ez megadta nekünk az egyes rétegekkel dúsított mikroglia állapotok „génaláírását”, vagy az egyes rétegekből származó mikroglia megfelelő állapotát. Fontos megjegyezni, hogy a kéreg minden rétegében a serkentő neuronok más-más részhalmaza található. Így sikerült korrelálni a neuron altípust (rétegenként) a mikroglia állapotával (rétegenként).

A második megközelítés egy még erősebb profilalkotási eszközt használt, amely lehetővé tette számunkra, hogy megvizsgáljuk az ép agyban lévő összes sejt (neuronok, mikroglia, egyéb glia stb.) transzkripciós expresszióját anélkül, hogy mikrodisszekciót kellett volna végezni. Ezt a Multiplex Error-Robust Fluorescence In Situ hibridizációnak (vagy röviden MERFISH-nak) nevezett megközelítést alkalmazták az egér agyában a fent leírt első profilalkotási kísérletünkben talált génaláírások segítségével. Ezzel a módszerrel rendkívüli pontossággal három dimenzióban tudtuk feltérképezni az egyes mikrogliák és serkentő neuronok pontos elhelyezkedését.

Ezzel a térképpel a kezünkben azt találtuk, hogy a mikrogliális állapotok rétegekben léteznek, amint azt korábban megállapítottuk. Ami azonban még izgalmasabb volt, az az volt, hogy minden mikroglia egyedi neuron-altípusok szomszédságában található, és hogy a mikroglia állapota a közeli neuronok helyi összetételétől függ. Ez azt sugallja, hogy a specificitás szintje a neuron-mikroglia szomszédságában lévő sejtes interakciók szintjén van.

Milyen következményekkel jár, ha a mikroglia és neuronpartnereik közötti kommunikáció meghiúsul?

Kutatásunk nem foglalkozott a mikrogliák és neuronális partnereik közötti hibás kommunikáció hatásaival. Jelzési atlaszunk azonban rengeteg kiindulási pontot kínál a terepre annak meghatározásához, hogy mi hibázhat, és ami talán még fontosabb, hogyan javíthatjuk meg vagy javíthatjuk ki az áramköröket, ha az idegi altípusok és a mikroglia közötti kommunikációs hiba lép fel.

Egy nagyon érdekes megjegyzés az emberi kutatásból, hogy autizmus spektrum zavarokat (ASD) azonosítottak a kéreg felső rétegének neuronjai és a mikroglia között. Adatkészletünket bányászásra készítjük, hogy feltárjuk a felső rétegbeli rendellenességek molekuláris mechanizmusait az ASD-vel küzdő emberekben.

Hogyan segíthetnek ennek az új kutatásnak az eredményei olyan kutatási irányok előtt, amelyek pontosan megcélozhatják a mikrogliák és neuronpartnereik közötti kommunikációt?

Ahogy az előző kérdésben említettem, az idegsejt-altípusok és a mikroglia közötti jelátviteli atlaszunk egy olyan adatkincs tárháza, amely a neuroimmunológia szakértőinek bányászására vár. A kommunikációs jelek közül sok olyan útvonal, amely „gyógyszerezhető” vagy megváltoztatható génterápiával. Izgalmas időszak ez annak meglátására, hogy a mikroglia célba vétele hogyan képes helyreállítani a neuronokat vagy idegi áramköröket, és végső soron esetleg neurológiai rendellenességeket.

Mik a következő lépések az Ön és kutatása számára?

Egy biotechnológiai céghez költöztem, amelynek célja a gliasejtek használata neurológiai betegségek terápiájaként. Remélem, hogy az ebből a publikált tanulmányból származó adatok ugródeszkát jelentenek más laboratóriumok számára annak feltárásához, hogyan hozhatók létre különböző mikroglia állapotok a kultúrában tesztelés, elemzés és terápia céljából. Azt is remélem, hogy ez segíthet új betekintést nyújtani a neurológiai betegségek kialakulásának vagy progressziójának mechanizmusaiba.

Hol találhatnak további információt az olvasók?

Az eredeti tanulmányt itt találják az olvasók:

• https://www.nature.com/articles/s41586-022-05056-7
• https://www.nature.com/articles/d41586-022-02005-2

Jeffrey Stogsdillről, Ph.D.

Jelenleg a Sana Biotechnology vezető tudósa vagyok, és a gliasejtek neurológiai betegségek terápiájaként való felhasználásának módját próbálom megtalálni. Az itt tárgyalt dolgozattal kapcsolatos kutatások során posztdoktoriként dolgoztam Paola Arlotta laboratóriumában, a Harvard Egyetem Őssejt- és Regeneratív Biológiai Tanszékén. Kiterjedt bioinformatikai elemzéseket végzett Kwanho Kim Joshua Leven laboratóriumában a Broad Institute of Harvardban és az MIT-ben. A projektet az NIH és a Broad Institute of MIT és a Harvard (Paola Arlotta és Joshua Levin révén), valamint a HHMI (Jeff Stogsdill) finanszírozásával hajtották végre.

.