Выявлены различия в редактировании РНК между посмертным и живым мозгом

Фото из открытых источников

Исследователи из Медицинской школы Икана при Маунт-Синай пролили свет на тонкие функции и сложные регуляторные методы редактирования РНК — важнейший механизм, лежащий в основе развития мозга и возникновения заболеваний.

В исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, команда сообщила об обнаружении серьезных различий между посмертными и живыми тканями префронтальной коры головного мозга, поскольку они связаны с одной из наиболее распространенных модификаций РНК в мозге, известной как превращение аденозина в инозин. Это открытие сыграет значительную роль в развитии диагностики и лечения заболеваний головного мозга.

В то время как ДНК содержит генетическую программу человека, РНК фактически выполняет свои инструкции по созданию функциональных белков, которые играют важную роль в функционировании организма, включая сложные функции центральной нервной системы. Функция и стабильность РНК контролируются множеством модификаций, каждая из которых преследует определенную цель. Эти модификации, известные как редактирование РНК, представляют собой непрерывный процесс, происходящий во всех наших клетках и тканях, которому способствуют ферменты, известные как ADAR. Этот процесс может продолжать происходить в отдельных клетках еще некоторое время после смерти человека, частью тканей которого были эти клетки.

Превращение аденозиновых нуклеозидов в инозин (A-to-I) является распространенной и хорошо изученной модификацией РНК и управляется белками семейства ADAR, в первую очередь ADAR1 и ADAR2. В мозге млекопитающих были обнаружены тысячи высокорегулируемых участков редактирования A-to-I в анатомических областях и типах клеток, некоторые из них исследователями из Mount Sinai . Известно, что эти участки участвуют в созревании нейронов и развитии мозга. Аберрантная регуляция редактирования A-to-I связана с неврологическими расстройствами.

«До сих пор исследование редактирования A-to-I и его биологического значения в мозге млекопитающих ограничивалось анализом посмертных тканей. Используя свежие образцы от живых особей, мы смогли обнаружить существенные различия в активности редактирования РНК, которые предыдущие исследования, полагаясь только на посмертные образцы, могли упустить из виду», — сказал Майкл Брин, доктор философии, соавтор исследования и доцент кафедры психиатрии, генетики и геномных наук в Icahn Mount Sinai. «Мы были особенно удивлены, обнаружив, что уровни редактирования РНК были значительно выше в посмертной мозговой ткани по сравнению с живой тканью, что, вероятно, связано с посмертными изменениями, такими как воспаление и гипоксия, которые не происходят в живом мозге. Кроме того, мы обнаружили, что редактирование РНК в живой ткани, как правило, затрагивает эволюционно консервативные и функционально важные участки, которые также нарушаются при заболеваниях человека, что подчеркивает необходимость изучения как живых, так и посмертных образцов для всестороннего понимания биологии мозга».

После смерти недостаток кислорода быстро повреждает клетки мозга, вызывая необратимый каскад повреждений, которые могут изменить экспрессию ADAR и редактирование A-to-I. «Мы предположили, что молекулярные ответы на вызванные посмертно гипоксические и иммунные реакции могут значительно изменить ландшафт редактирования A-to-I. Это может привести к недопониманию относительно редактирования РНК в мозге, если мы будем изучать только посмертные ткани», — сказал Мигель Родригес де лос Сантос, доктор философии, соавтор исследования и научный сотрудник кафедры психиатрии в Маунт-Синай. «Изучение живой мозговой ткани дает нам более ясную картину биологии редактирования РНК в человеческом мозге».

Для исследования исследовательская группа связала свое исследование с проектом Living Brain Project, в котором ткани дорсолатеральной префронтальной коры (DLPFC) живых людей получают во время нейрохирургических процедур для глубокой стимуляции мозга, выборочного лечения неврологических заболеваний. Для сравнения была собрана когорта посмертных тканей DLPFC из трех банков мозга, чтобы соответствовать живой когорте по ключевым демографическим и клиническим переменным. Группа исследовала несколько типов геномных данных из проекта Living Brain Project, включая выборку РНК большой массы тканей, секвенирование РНК отдельных ядер и секвенирование всего генома. Получение этих данных описывается в нескольких готовящихся рукописях проекта Living Brain Project.

Исследователи выявили более 72 000 мест, где редактирование A-to-I происходит чаще или по-другому в посмертной, чем в живой мозговой ткани DLPFC. Они обнаружили более высокие уровни ферментов ADAR и ADARB1, которые отвечают за повышенные паттерны редактирования в посмертных мозговых тканях. Интересно, что они также обнаружили сотни участков с более высокими уровнями редактирования A-to-I в живой мозговой ткани. Эти участки в основном находятся в соединениях между нейронами (называемых синапсами) и, как правило, сохраняются в ходе эволюции, что предполагает, что они играют важную роль в мозговой активности. Некоторые известные участки редактирования A-to-I были сильно отредактированы в живом мозге, что указывает на то, что они могут быть вовлечены в критические нейронные процессы, такие как синаптическая пластичность, которая необходима для обучения и памяти. Однако многие другие участки редактирования A-to-I, обнаруженные в живых мозговых тканях, имеют неясные функции, и необходимы дальнейшие исследования, чтобы понять их влияние на здоровье мозга.

«Использование свежей мозговой ткани от живых доноров-людей дало нам возможность исследовать мозг без помех, присущих посмертному анализу тканей», — сказал Александр В. Чарни, доктор медицины, доктор философии, соавтор исследования и доцент кафедры психиатрии, генетических и геномных наук, нейронауки и нейрохирургии в Icahn Mount Sinai и соруководитель проекта Living Brain Project. «При этом мы получили более точные сведения о распространенности и роли редактирования A-to-I в человеческом мозге. Важно отметить, что наши результаты не отрицают, а вместо этого предоставляют недостающий контекст для использования посмертных мозговых тканей в исследовании регуляции A-to-I. Понимание этих различий помогает улучшить наши знания о функциях и заболеваниях мозга через призму модификаций редактирования РНК, что потенциально может привести к лучшим диагностическим и терапевтическим подходам».

Исследовательская группа будет и дальше анализировать данные по редактированию РНК, чтобы лучше понять их значение и определить потенциальные терапевтические цели для болезни Паркинсона. Они также расширяют исследование, чтобы включить в него новые работы этой когорты, которые фокусируются на экспрессии генов, протеомике и мультиомике живого мозга.

«Используя уникальный, трансдисциплинарный характер проекта «Живой мозг», мы можем превратить передовые методы клинической помощи, такие как глубокая стимуляция мозга, в платформу для беспрецедентного понимания биологии человеческого мозга, которая откроет новые терапевтические возможности», — сказал соавтор исследования Брайан Копелл.