Neuronii, principalele celule care alcătuiesc creierul şi măduva spinării, se numără printre cele mai lente celule care se regenerează după o leziune, iar mulţi neuroni nu reuşesc să se regenereze în întregime. Deşi oamenii de ştiinţă au făcut progrese în înţelegerea regenerării neuronale, rămâne necunoscut motivul pentru care unii neuroni se regenerează şi alţii nu.
Folosind secvenţierea ARN-ului monocelular, o metodă care determină ce gene sunt activate în celulele individuale, cercetătorii de la facultatea de medicină a Universităţii San Diego, din California, au identificat un nou biomarker care poate fi folosit pentru a prezice dacă neuronii se vor regenera sau nu după o leziune.
Echipa americană a testat descoperirea pe şoareci, şi a constatat că biomarkerul a fost fiabil, în mod constant, în neuronii din întregul sistem nervos aflaţi în diferite stadii de dezvoltare.
Studiul a fost publicat luni, în revista Neuron.
„Tehnologia de secvenţiere cu o singură celulă ne ajută să analizăm biologia neuronilor mult mai detaliat decât a fost posibil vreodată, iar acest studiu demonstrează cu adevărat această capacitate", a declarat autorul principal Binhai Zheng, profesor în cadrul departamentului de neuroştiinţe de la facultatea de medicină UC San Diego, într-un comunicat al universităţii.
„Ceea ce am descoperit aici ar putea fi doar începutul unei noi generaţii de biomarkeri sofisticaţi bazaţi pe date unicelulare", a precizat el.
Cercetătorii s-au concentrat asupra neuronilor din tractul corticospinal, o parte esenţială a sistemului nervos central care ajută la controlul mişcării.
După o leziune, aceşti neuroni sunt printre cei mai puţin susceptibili de a-şi regenera axonii, acele structuri lungi şi subţiri pe care neuronii le folosesc pentru a comunica între ei.
Acesta este motivul pentru care leziunile la nivelul creierului şi al măduvei spinării sunt atât de devastatoare.
„Atunci când suferim o leziune la braţ sau la picior, acei nervi se pot regenera şi este adesea posibilă o recuperare funcţională completă, dar nu asta se întâmplă şi în cazul sistemului nervos central", explică Hugo Kim, cercetător postdoctoral în laboratorul prof. Zheng.
„Este extrem de dificil să te recuperezi după majoritatea leziunilor cerebrale şi ale măduvei spinării, deoarece aceste celule au o capacitate de regenerare foarte limitată. Odată ce au dispărut, au dispărut", a precizat el.
Cercetătorii de la UC San Diego au folosit secvenţierea ARN monocelulară pentru a analiza expresia genelor în neuronii de şoareci cu leziuni ale măduvei spinării.
Ei au încurajat aceşti neuroni să se regenereze folosind tehnici moleculare consacrate, dar, în cele din urmă, acest lucru a funcţionat doar pentru o parte dintre celule.
Această configuraţie experimentală le-a permis cercetătorilor să compare datele de secvenţiere de la neuronii care se regenerează şi cei care nu se regenerează.
Mai mult, concentrându-se pe un număr relativ mic de celule - puţin peste 300 - cercetătorii au putut să analizeze extrem de atent fiecare celulă în parte.
„La fel cum fiecare persoană este diferită, fiecare celulă are propria biologie unică", explică prof. Zheng.
Imagine:Neuronii, reprezentaţi aici în roşu şi galben, sunt unele dintre cele mai lente celule care se regenerează după o leziune. În această secţiune a creierului de şoarece, neuronii galbeni se regenerează, în timp ce neuronii roşii nu se regenerează. Credit UC San Diego.
„Explorarea diferenţelor infime dintre celule ne poate spune multe despre modul în care funcţionează ele", a precizat el.
Folosind un algoritm computerizat pentru a analiza datele de secvenţiere, cercetătorii au identificat un model unic de expresie genetică care poate prezice dacă un neuron individual se va regenera sau nu în cele din urmă după o leziune.
Modelul a inclus, de asemenea, unele gene care nu fuseseră niciodată implicate anterior în regenerarea neuronală.
„Este ca o amprentă moleculară pentru neuronii care se regenerează", a adăugat prof. Zheng.
Pentru a-şi valida descoperirile, cercetătorii au testat această amprentă moleculară, pe care au denumit-o Clasificatorul de regenerare, pe 26 seturi de date publicate de secvenţiere a ARN-ului unicelular. Aceste seturi de date au inclus neuroni din diferite părţi ale sistemului nervos şi în diferite stadii de dezvoltare.
Echipa a constatat că, doar cu puţine excepţii, Clasificatorul de regenerare a prezis cu succes potenţialul de regenerare a neuronilor individuali şi a fost capabil să reproducă tendinţele cunoscute din cercetările anterioare, cum ar fi o scădere bruscă a regenerării neuronale imediat după naştere.
„Validarea rezultatelor în raport cu mai multe seturi de date din linii de cercetare complet diferite ne spune că am descoperit ceva fundamental despre biologia care stă la baza regenerării neuronale", a declarat prof. Zheng.
„Trebuie să lucrăm mai mult pentru a ne rafina abordarea, dar cred că am dat peste un model care ar putea fi universal în ceea ce priveşte regenerarea neuronală", a mai precizat profesorul.
Deşi rezultatele obţinute la şoareci sunt promiţătoare, cercetătorii avertizează că, în prezent, Clasificatorul de regenerare este un instrument folosit de cercetătorii în neuroştiinţe doar în experimentele de laborator, nefiind deocamdată un test de diagnostic pentru pacienţi.
Există încă multe bariere în calea utilizării secvenţierii unicelulare în contexte clinice, cum ar fi costul ridicat, dificultatea de a analiza cantităţi mari de date şi, cel mai important, accesibilitatea la ţesuturile de interes.
„Deocamdată, suntem interesaţi să explorăm modul în care putem utiliza Clasificatorul de regenerare în contexte preclinice pentru a prezice eficacitatea noilor terapii regenerative şi pentru a ajuta la apropierea acestor tratamente de testele clinice", a mai precizat prof. Zheng
