Μια σπάνια αλλά ισχυρή γενετική μετάλλαξη που μεταβάλλει μια πρωτεΐνη στα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος του εγκεφάλου, γνωστά ως μικρογλοία, μπορεί να προκαλέσει στους ανθρώπους έως και τριπλάσιο κίνδυνο να αναπτύξουν τη νόσο του Αλτσχάιμερ.
Μια νέα μελέτη από ερευνητές στο The Picower Institute for Learning and Memory στο MIT περιγράφει λεπτομερώς πώς η μετάλλαξη υπονομεύει τη λειτουργία της μικρογλοίας, εξηγώντας πώς φαίνεται να δημιουργεί αυτόν τον υψηλότερο κίνδυνο.
«Αυτή η μετάλλαξη TREM2 R47H/+ είναι ένας πολύ σημαντικός παράγοντας κινδύνου για τη νόσο του Αλτσχάιμερ», λέει ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Τζέι Πέννεϊ, πρώην μεταδιδάκτορας στο εργαστήριο του MIT του καθηγητή Πικάουερ Λι-Χουέιι Τσάι. Ο Η Penney είναι τώρα νέος επίκουρος καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Prince Edward Island. «Αυτή η μελέτη προσθέτει σαφείς ενδείξεις ότι η δυσλειτουργία της μικρογλοίας συμβάλλει στον κίνδυνο της νόσου του Αλτσχάιμερ».
Στη μελέτη στο περιοδικό GLIA, η ομάδα των Τσάι και Πέννει δείχνει ότι η ανθρώπινη μικρογλοία με τη μετάλλαξη R47H/+ στην πρωτεΐνη TREM2 εμφανίζει αρκετά ελλείμματα που σχετίζονται με την παθολογία του Αλτσχάιμερ. Τα μεταλλαγμένα μικρογλοία είναι επιρρεπή σε φλεγμονές, αλλά είναι χειρότερα στην απόκριση σε τραυματισμό νευρώνων και λιγότερο ικανά να καθαρίσουν επιβλαβή υπολείμματα, συμπεριλαμβανομένης της πρωτεΐνης βήτα αμυλοειδούς που χαρακτηρίζει το Alzheimer.
Και όταν οι επιστήμονες μετέφεραν μεταλλαγμένη ανθρώπινη μικρογλοία TREM2 στον εγκέφαλο ποντικών, τα ποντίκια υπέστησαν σημαντική μείωση στον αριθμό των συνάψεων ή των συνδέσεων μεταξύ των νευρώνων τους, κάτι που μπορεί να βλάψει τα κυκλώματα που επιτρέπουν εγκεφαλικές λειτουργίες όπως η μνήμη.
Η μελέτη δεν είναι η πρώτη που ρωτά πώς η μετάλλαξη TREM2 R47H/+ συμβάλλει στη νόσο του Αλτσχάιμερ, αλλά μπορεί να προωθήσει την αναδυόμενη κατανόηση των επιστημόνων, λέει ο Πέννει. Οι πρώτες μελέτες πρότειναν ότι η μετάλλαξη απλώς έκλεβε τη λειτουργία της πρωτεΐνης, αλλά τα νέα στοιχεία δίνουν μια βαθύτερη και πιο λεπτή εικόνα. Ενώ τα μικρογλοία εμφανίζουν μειωμένη κάθαρση υπολειμμάτων και απόκριση τραυματισμού, γίνονται υπερδραστήρια με άλλους τρόπους, όπως η υπερβολική φλεγμονή τους και το κλάδεμα των συνάψεων.
«Υπάρχει μερική απώλεια λειτουργικότητας, αλλά και κέρδος λειτουργικότητας για ορισμένα πράγματα», λέει ο Πέννεϊ.
Μικρογλοία με κακή συμπεριφορά
Αντί να βασίζονται σε μοντέλα ποντικιών της μετάλλαξης TREM2 R47H/+, οι Πέννεϊ, Τσάι και οι συν-συγγραφείς της μελέτης τους εστίασαν τη δουλειά τους σε καλλιέργειες ανθρώπινων κυττάρων μικρογλοίας. Για να το κάνουν αυτό χρησιμοποίησαν μια σειρά βλαστοκυττάρων που προέρχεται από κύτταρα δέρματος που δώρισε μια υγιής 75χρονη γυναίκα. Σε ορισμένα από τα βλαστοκύτταρα στη συνέχεια χρησιμοποίησαν επεξεργασία γονιδίου CRISPR για να εισαγάγουν τη μετάλλαξη R47H/+ και στη συνέχεια καλλιέργησαν τόσο επεξεργασμένα, όσο και μη επεξεργασμένα βλαστοκύτταρα για να γίνουν μικρογλοία. Αυτή η στρατηγική τους έδωσε μια προσφορά μεταλλαγμένων μικρογλοίων και υγιών μικρογλοίων, για να λειτουργήσουν ως πειραματικοί έλεγχοι, που κατά τα άλλα ήταν γενετικά πανομοιότυπα.
Στη συνέχεια, η ομάδα έψαξε να δει πώς η διατήρηση της μετάλλαξης επηρέαζε την έκφραση των γονιδίων της κάθε κυτταρικής σειράς. Οι επιστήμονες μέτρησαν περισσότερες από 1.000 διαφορές, αλλά ένα ιδιαίτερα αξιοσημείωτο εύρημα ήταν ότι η μικρογλοία με τη μετάλλαξη αύξησε την έκφραση των γονιδίων που σχετίζονται με τη φλεγμονή και τις ανοσολογικές αποκρίσεις. Στη συνέχεια, όταν εξέθεσαν μικρογλοία σε καλλιέργεια σε χημικές ουσίες που προσομοιώνουν τη μόλυνση, η μεταλλαγμένη μικρογλοία έδειξε μια σημαντικά πιο έντονη απόκριση από την κανονική μικρογλοία, υποδηλώνοντας ότι η μετάλλαξη κάνει τη μικρογλοία πολύ πιο επιρρεπή στη φλεγμονή.
Σε περαιτέρω πειράματα με τα κύτταρα, η ομάδα τα εξέθεσε σε τρία είδη υπολειμμάτων μικρογλοίας που συνήθως απομακρύνονται στον εγκέφαλο: μυελίνη, συναπτικές πρωτεΐνες και αμυλοειδές βήτα. Τα μεταλλαγμένα μικρογλοία καθαρίστηκαν λιγότερο από τα υγιή.
Μια άλλη δουλειά της μικρογλοίας είναι να ανταποκρίνεται όταν τα κύτταρα, όπως οι νευρώνες, τραυματίζονται. Η ομάδα συν-καλλιέργησε μικρογλοία και νευρώνες και στη συνέχεια έκοψε τους νευρώνες με λέιζερ. Για τα επόμενα 90 λεπτά μετά τον τραυματισμό, η ομάδα παρακολουθούσε την κίνηση των γύρω μικρογλοίων. Σε σύγκριση με τη φυσιολογική μικρογλοία, εκείνοι με τη μετάλλαξη αποδείχθηκαν λιγότερο πιθανό να κατευθυνθούν προς το τραυματισμένο κύτταρο.
Τέλος, για να ελέγξουν πώς δρουν τα μεταλλαγμένα μικρογλοία σε έναν ζωντανό εγκέφαλο, οι επιστήμονες μεταμόσχευσαν μεταλλαγμένα ή υγιή μικρογλοία ελέγχου σε ποντίκια σε μια περιοχή του εγκεφάλου που εστιάζεται στη μνήμη που ονομάζεται ιππόκαμπος. Στη συνέχεια, οι επιστήμονες έβαψαν αυτή την περιοχή για να τονίσουν διάφορες πρωτεΐνες που μας ενδιαφέρουν. Η ύπαρξη μεταλλαγμένης ή φυσιολογικής ανθρώπινης μικρογλοίας δεν είχε σημασία για ορισμένα μέτρα, αλλά οι πρωτεΐνες που σχετίζονται με τις συνάψεις μειώθηκαν σημαντικά σε ποντίκια όπου εμφυτεύτηκαν τα μεταλλαγμένα μικρογλοία.
Τι κάνει τη μικρογλοία να συμπεριφέρεται έτσι;
Συνδυάζοντας στοιχεία από τις μετρήσεις γονιδιακής έκφρασης και τα στοιχεία από πειράματα λειτουργίας μικρογλοίας, οι ερευνητές μπόρεσαν να διατυπώσουν νέες ιδέες σχετικά με το τι οδηγεί τουλάχιστον σε ορισμένες από τις μικρογλοιακές κακές συμπεριφορές. Για παράδειγμα, η ομάδα παρατήρησε μια μείωση στην έκφραση μιας πρωτεΐνης «πουρινεργικού» υποδοχέα που περιελάμβανε τον αισθητήριο νευρωνικό τραυματισμό, εξηγώντας ίσως γιατί η μεταλλαγμένη μικρογλοία δυσκολεύτηκε με αυτό το έργο.
Σημείωσαν επίσης ότι τα ποντίκια με τη μετάλλαξη υπερέκφρασαν τις "συμπληρωματικές" πρωτεΐνες που χρησιμοποιούνται για την επισήμανση των συνάψεων για το remo. Αυτό μπορεί να εξηγήσει γιατί τα μεταλλαγμένα μικρογλοία έδειξαν υπερβολικά ζήλο για την απομάκρυνση των συνάψεων στα ποντίκια, λέει ο Πέννεϊ, αν και η αυξημένη φλεγμονή μπορεί επίσης να το προκαλέσει, βλάπτοντας συνολικά τους νευρώνες.
Καθώς οι μοριακοί μηχανισμοί που διέπουν τη μικρογλοιακή δυσλειτουργία γίνονται πιο ξεκάθαροι, λέει ο Πέννεϊ, οι επιστήμονες ανάπτυξης φαρμάκων θα αποκτήσουν κρίσιμες γνώσεις για τρόπους στόχευσης του υψηλότερου κινδύνου ασθένειας που σχετίζεται με τη μετάλλαξη TREM2 R47H/+.
«Τα ευρήματά μας υπογραμμίζουν πολλαπλές επιδράσεις της μετάλλαξης TREM2 R47H/+ που πιθανόν να αποτελούν τη βάση της συσχέτισής της με τον κίνδυνο νόσου Αλτσχάιμερ και προτείνουν νέους κόμβους που θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν για θεραπευτική παρέμβαση», καταλήγουν οι συγγραφείς.
Εκτός από τον Πέννεϊ και τον Τσάι, άλλοι συγγραφείς της εργασίας είναι οι Ουίλιαμ Ραλβένιους, Αντζανέτ Λουν, Οϊκου Σερίτ, Βίσνου Ντιλέεπ, Μπλέρτα Μίλο, Πινγκ-Τσιέ Πάο και Χάννα Γουλφ.
Χρηματοδότηση για τη μελέτη παρείχαν το Ίδρυμα Robert A. and Renee Belfer Family Foundation, The Cure Alzheimer’s Fund, τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας, The JPB Foundation, The Picower Institute for Learning and Memory και το Human Frontier Science Program.
