Foto: Shutterstock

V laboratoři, kde se vědci snaží rozluštit tajemství Alzheimerovy choroby, se objevil nový pohled na to, jak tato nemoc ovlivňuje mozek. Alzheimerova choroba, známá svými charakteristickými amyloidovými plaky a tau spleti, nyní odhaluje další vrstvu, která může být klíčem k novým léčebným postupům.

Autor původního článku: redakce

Nový pohled na Alzheimerovu chorobu

Vědci z Carnegie Mellon University, University of Pittsburgh a University of Washington zjistili, že trojrozměrná organizace genomu se liší v určitých mozkových buňkách lidí s Alzheimerovou chorobou. Tato zjištění mohou otevřít nové cesty k pochopení a nakonec i k léčbě této nemoci.

Jian Ma, profesor výpočetní biologie na Carnegie Mellon University, který vedl tuto studii, vysvětluje: „Alzheimerovu chorobu nelze pochopit pouze na jedné úrovni. Trojrozměrná struktura genomu je základní regulační vrstva, která pomáhá propojit sekvenci DNA s aktivitou genů.“

Výzkum a jeho metody

Tým vědců použil kombinaci technologií, včetně technologie pro analýzu jednotlivých buněk, prostorového mapování mozkové tkáně a nově vyvinutého modelu hlubokého učení. Zkoumali posmrtné vzorky z prefrontálního kortexu, což je oblast na přední části mozku, od lidí s a bez Alzheimerovy choroby.

Pomocí techniky GAGE-seq vědci měřili jak genovou expresi, tak trojrozměrné kontakty genomu v rámci jednotlivých buněk. Tyto měření pak kombinovali s prostorovými transkriptomickými mapami, které zachovávají informace o tom, kde v intaktní mozkové tkáni dochází k aktivitě genů.

Nová vrstva biologie Alzheimerovy choroby

Hansruedi Mathys, asistent profesor neurobiologie na University of Pittsburgh, který vedl část studie na Pittu, uvádí: „Naše studie představuje významný pokrok v pochopení toho, co se děje špatně při Alzheimerově chorobě. Klasické znaky Alzheimerovy choroby – akumulace amyloid-beta plaků a tau spleti – jsou dobře známé, ale naše výsledky stanovují vyšší řád chromatinových změn jako součást molekulární patologie spojené s touto nemocí.“

Role umělé inteligence

Další důležitou součástí výzkumu byl model umělé inteligence Hicformer, který byl vyvinut k prozkoumání, jak struktura genomu může ovlivnit chování buněk. Tento model kombinuje informace o sekvenci DNA se širokými vzory skládání genomu a podrobnými mapami, které ukazují, kde se různé části DNA fyzicky dotýkají.

Xinyue Lu, doktorandka v oboru výpočetní biologie, která spoluvytvářela výzkum, popisuje systém jako výpočetní testovací prostředí, které lze použít k prozkoumání, jak změny ve skládání genomu mohou změnit aktivitu genů.

Potenciální vodítka pro budoucí léčbu

Když vědci mapovali tyto molekulární změny napříč intaktní mozkovou tkání, zjistili, že reorganizace genomu byla spojena nejen se změněnou aktivitou genů, ale také s rozdíly v tom, jak byly mozkové buňky uspořádány v rámci tkáně. Výsledky stanovují trojrozměrnou organizaci genomu jako další důležitou vrstvu biologie Alzheimerovy choroby.

Výzkum byl podporován granty od National Institutes of Health. Tým zahrnoval vědce z Broad Institute of MIT and Harvard, University of California, Los Angeles, University of Washington a Rush Alzheimer’s Disease Center.