На протяжении большей части XXго века считалось, что мозг взрослого человека не способен к регенерации. С тех пор эта точка зрения кардинально изменилась, и нейрогенез — рождение новых нейронов — стал общепризнанным явлением в мозге взрослого человека, открывающим многообещающие возможности для лечения многих неврологических заболеваний. Одной из главных проблем в этой области является выявление нейронных стволовых клеток и клеток-предшественников (НСКК), отвечающих за образование новых нейронов. НСКК встречаются редко, они разнообразны, и их трудно отделить от других клеток мозга из-за частично совпадающих молекулярных признаков. В результате их биология — и особенно их роль в развитии заболеваний головного мозга у человека — до сих пор остаются загадкой.
В новом исследовании, опубликованном в Stem Cell Reports, группа учёных из Медицинского колледжа Бейлора и Института неврологических исследований имени Яна и Дэна Дунканов (Duncan NRI) при Техасской детской больнице выявила конкретные гены, определяющие незрелые стволовые клетки. Важно отметить, что команда также выявила мутации в генах незрелых стволовых клеток, которые потенциально влияют на работу мозга и неврологические заболевания, что позволяет по-новому взглянуть на молекулярные причины нарушений развития нервной системы.
«Местом нейрогенеза у взрослых является зубчатая извилина в гиппокампе — центре обучения и памяти. По сравнению с другими областями мозга, в этой небольшой части мозга содержится мало незрелых нейронов и их потомков», — говорит соавтор исследования доктор Мирьяна Малетич-Саватич, профессор педиатрии и неврологии в Бейлорском университете и исследователь в Институте неврологии Дункана. «В этой области каждый день образуются новые нейроны, которые участвуют в процессах обучения и памяти, а также в контроле настроения. Понимание механизмов нейрогенеза важно, поскольку оно может привести к улучшению состояния при таких заболеваниях, как деменция, нарушения обучаемости, депрессия и другие неврологические и психические расстройства.
Выявить незрелые стволовые клетки было непросто, потому что «эти клетки настолько редки и так похожи на своих соседей, что было сложно определить их уникальную генетическую сигнатуру», — сказал соавтор исследования доктор Уильям Т. Чой, который был аспирантом в лаборатории Малетича-Саватича, когда работал над этим проектом, а сейчас является лечащим врачом и научным сотрудником Гарвардской медицинской школы.
Мы подумали, что идентификацию специфических маркеров NPC можно успешно осуществить, объединив вычислительные и экспериментальные подходы.
Доктор Чжаньдун Лю, соавтор исследования, доцент кафедры педиатрии и неврологии в Бейлорском университете и исследователь в Национальном институте неврологических расстройств и инсульта
«Мы использовали вычислительный подход под названием Digital Sorting Algorithm (DSA), который был разработан для анализа гетерогенных данных, содержащих смесь типов клеток», — рассказала соавтор исследования доктор Джерарда Капуччо, научный сотрудник лаборатории Малетича-Саватича. «С помощью DSA мы проанализировали сложные генетические данные, чтобы определить, какие гены активны в незрелых стволовых клетках, и найти уникальные паттерны экспрессии генов, своего рода генетические отпечатки этих клеток. Используя этот подход, мы выявили 129 генов, которые активно экспрессируются в незрелых стволовых клетках мышей.
«Важнейший этап нашего открытия наступил, когда мы сопоставили эти гены с данными о людях, — сказал Чой. — Мы обнаружили, что 25 из этих генов при мутации вызывают у людей определённые неврологические заболевания. Что ещё более интересно, мы выявили 15 новых генов-кандидатов, которые, как мы предполагаем, связаны с ранее необъяснимыми неврологическими расстройствами у пациентов».
«Наш подход не только проливает свет на молекулярную архитектуру недифференцированных стволовых клеток, но и предоставляет ценный ресурс для изучения связи между биологией нейронных стволовых клеток и заболеваниями человека», — сказал Капуччо.
Полученные результаты демонстрируют, насколько эффективны простые вычислительные системы для выявления значимых биологических процессов, связанных с заболеваниями, которые могут напрямую влиять на состояние пациентов, открывая новые пути к пониманию и потенциальному лечению неврологических расстройств.
В число других авторов, участвовавших в этой работе, входят Фатих Семерджи, Джилл А. Розенфельд, Тони Клэр Такорда, Гуантун Ци, Энтони У. Зогби, И Чжун, Ху Чен и Пэнфэй Лю. Авторы связаны с одним или несколькими из следующих учреждений: Медицинский колледж Бейлора, Национальный исследовательский институт Дункана, генетические лаборатории Бейлора и Хьюстонский университет.
Эта работа была частично профинансирована грантами Национального института по проблемам старения (1R01AG076942), Национального института детского здоровья и развития человека имени Юнис Кеннеди Шрайвер при Национальных институтах здравоохранения (P50HD103555) и Центром геномного и РНК-профилирования при Медицинском колледже Бейлора. Дополнительную поддержку оказали организации Autism Speaks, Cynthia and Antony Petrello Endowment, Программа обучения биомедицинской информатике Национального института здравоохранения (T15LM007093), Программа обучения биологии развития (T32HD055200) и Программа обучения медицинских специалистов BCM.
Источник:
Ссылка на журнал:
Капуччо, Дж., и др. (2025). Биомаркеры нейропрогениторных клеток, выявленные с помощью компьютерного моделирования, связаны с заболеваниями человека. Stem Cell Reports. doi.org/10.1016/j.stemcr.2025.102606.
Чтобы написать отзыв нужно авторизоватся