Nové poznatky o stárnutí nervových kmenových buněk
Vědci publikující v časopise Aging Cell využili transkriptomiku jednotlivých buněk k odhalení nových informací o tom, jak se nervové kmenové buňky (NSC) mění s věkem. Tyto poznatky pomáhají objasnit, proč s přibývajícím věkem klesá schopnost mozku vytvářet nové neurony.
Tvorba neuronů v dospělosti a její omezení
Mozek dospělého člověka si skutečně vytváří nové neurony, a to zejména v hipokampu, oblasti zodpovědné za formování paměti. Tento proces, známý jako neurogeneze, je však omezen na velmi specifické oblasti mozku. Zajišťují ho právě nervové kmenové buňky, které se mohou diferencovat na nervové prekurzory (NP). Z nich se následně stávají jak neurony, tak podpůrné buňky zvané astrocyty.
NSC jsou přirozeně různorodé a jejich složení a funkce se v průběhu času mění. Plné pochopení těchto změn bylo dosud neúplné, což se nová studie snaží změnit analýzou dat z několika předchozích výzkumů.
Výzvy při identifikaci kmenových buněk
Jednou z hlavních překážek při výzkumu NSC je jejich stav. Většinu času tráví v klidovém (quiescentním) stavu, aby se chránily před poškozením spojeným s neustálým dělením. Tento klidový stav však ztěžuje jejich identifikaci, protože jim chybí typické znaky dělících se buněk.
Další komplikací je, že některé identifikační znaky sdílejí s jinými typy buněk. Například transkripční faktor Sox2, který je přítomen v NSC, se nachází také v astrocytech. Podobně i marker astrocytů GFAP byl nalezen v nervových kmenových buňkách. Vědci se proto snaží najít spolehlivé molekulární znaky, které by jednotlivé typy buněk jednoznačně odlišily.
Analýza dat odhalila společné signály
Výzkumníci pro svou práci použili existující datové soubory z RNA sekvenování. Hledali společné rysy mezi sedmi různými sadami dat, přestože se metodiky původních studií mohly lišit.
Jejich analýza umožnila seskupit buňky do kategorií NSC, NP a neuroblastů, z nichž se tvoří neurony. Zároveň se ukázalo, že různé studie používaly pro podobné typy buněk odlišné názvy. To, co jedna studie označila jako NSC, se v jiné více podobalo buňkám v přechodném stadiu.
Vědcům se podařilo identifikovat dva geny, jejichž exprese je společná pro NSC ve všech sedmi studiích, a dalších deset genů charakteristických pro NP. Další geny byly spojeny s klidovým stavem NSC, zatímco jiné s jejich aktivací. Analýza také propojila NSC s genem Ecrg4, jehož nedostatek u myší podporoval množení buněk a zlepšoval kognitivní funkce, a s genem Tnc, který podporuje neurogenezi.
Souvislost se stárnutím
Vyčerpání nervových kmenových buněk přímo souvisí s postupnou ztrátou neurogeneze a paměti během stárnutí. Zkoumání dat ukázalo, že stárnutí NSC u myší začíná poměrně brzy, již ve věku 4,5 měsíce. Tento proces zahrnuje nárůst zánětlivých procesů a epigenetické změny.
Podobně jako jiné buňky v těle, i NSC podléhají buněčné senescenci, což je stav, kdy se buňka přestane dělit. To je doprovázeno nárůstem známých markerů stárnutí, jako jsou p16, p21 a p53. Výzkumníci našli důkazy, že klidové NSC se s věkem mohou stát senescentními nebo se přeměnit na astrocyty. Senescentní NSC navíc uvolňují specifické molekuly (jako IL-33 a IL-15), které přispívají k neurozánětu v jejich okolí.
V mozku starších jedinců byla také zaznamenána ztráta komunikace mezi buňkami. Chemické signály, které jsou v mladém mozku běžné a klíčové například pro organizaci synapsí, se ve starším mozku nepřenášejí.
Ačkoliv vědci uznávají, že ještě plně neobjasnili všechny podtypy NSC a jejich chování, jejich práce odhalila potenciální cíle pro podporu množení NSC a omezení negativních dopadů buněčné senescence. Volají po komplexnější analýze buněčných typů ve stárnoucím mozku s využitím pokročilejších výpočetních nástrojů.