Установлены молекулярные маркеры микроглии

Ученые впервые охарактеризовали молекулярные маркеры, которые делают уникальными клетки микроглии, являющиеся «первой линией обороны» мозга от инфекций. В ходе работы они обнаружили дополнительные доказательства того, что микроглия может играть роль в различных нейродегенеративных и психиатрических заболеваниях, включая болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и Хантингтона, а также шизофрению, аутизм и депрессию.

«Мигроглия — это иммунные клетки головного мозга, но то, как они функционируют в человеческом мозге, недостаточно ясно», — говорит Расти Гейдж, один из авторов новой публикации. «Наша работа не только связана с заболеваниями, но и дает возможность лучшего понимания фундаментальной биологии этих клеток».

Гены, которые ранее были связаны с неврологическими заболеваниями, работают более интенсивно в микроглии по сравнению с другими клетками мозга, сообщили в Science 25 мая 2017 года. Хотя связь между микроглией и рядом расстройств изучалась в прошлом, новое исследование даёт молекулярную основу для этой связи.

«Эти исследования представляют собой первые систематические попытки по молекулярной расшифровке микроглии», — говорит другой автор статьи, Кристофер Гласс. «Наши результаты дают основу для понимания основных механизмов, которые определяют полезные или патологические функции этих клеток».

Микроглия — это один из видов макрофагов — лейкоцитов способных уничтожать патогены или другие посторонние материалы во всем организме. Они, как известно, очень отзывчивы к своему окружению и реагируют на изменения в мозге, выделяя провоспалительные или противовоспалительные сигналы. Они также «обрезают» связи между нейронами, когда клетки повреждены или больны. Но микроглию трудно изучать. Эти клетки нелегко вырастить в культуральной чашке, и они быстро погибают, будучи извлеченными из мозга.

Графическое представление изменения экспрессии генов микроглии с течением времени.

Николь Куфаль, педиатр Калифорнийского университета Сан-Диего, также работающая над исследованием, хотела вырастить клетки микроглии из стволовых клеток. Но она поняла, что не было никакого способа определить, действительно ли полученные клетки относились к микроглии.

«Не было уникального маркера, который отличал бы эти клетки от циркулирующих макрофагов в других частях тела», — говорит она.

Исследователям удалось в итоге определить молекулярные характеристики микроглии. Они работали совместно с нейрохирургами, собиравшими образцы тканей мозга у 19 пациентов, оперировавшихся по поводу эпилепсии, опухоли мозга или инсульта. Они выделили микроглию из участков ткани, не затронутых болезнью, а также из мышиного мозга мыши.

Команда использовала множество молекулярных и биохимических тестов, которые выполнялись в течение нескольких часов после сбора клеток, чтобы охарактеризовать, какие гены включены и выключены в клетках микроглии, как ДНК «помечается» регуляторными молекулами и какие происходят изменения при культивировании клеток.

В микроглии обнаружили, имеют сотни генов, которые более интенсивно экспрессируются, чем в других типах макрофагов. Также были определены отличия экспрессии генов по сравнению с другими клетками головного мозга. Однако после культивирования клеток профиль экспрессии генов микроглии начал меняться. Всего за шесть часов снизилась экспрессиия более чем 2000 генов. Результаты подчеркивают, как клетки микроглии зависят от микроокружения в мозге.

Также в клетках была обнаружена высокая экспрессия генов, ассоциированных с различными нейродегенеративными и психическими заболеваниями.

«Очень высокая доля генов, связанных с рассеянным склерозом, болезнью Паркинсона и шизофренией гораздо более выражена в микроглии, чем в других участках мозга», — говорит Куфаль. «Это говорит о наличии некоей связи между микроглией и болезнями».

При болезни Альцгеймера более половины генов, определяющих риск развития заболевания у человека, интенсивно экспрессировались в микроглии.

Однако у мышей многие гены заболевания не так интенсивно «проявляли себя». «Это говорит нам, что, вероятно, мыши не являются лучшей моделью для некоторых из этих заболеваний», — говорит Куфаль.

Для того, чтобы точно понять, как микроглия может быть изменена у людей с заболеваниями, потребуются дополнительные исследования , но установленный молекулярный профиль микроглии дает возможность исследователям начать пытаться улучшить условия культивирования клеток и «настройки» стволовых клеток для того, чтобы они стали микроглиальными клетками.

Science Daily по материалам Gosselin D. et al. An environment-dependent transcriptional network specifies human microglia identity. Science, 2017; eaal3222 DOI: 10.1126/science.aal3222