Oamenii de știință au descoperit o nouă perspectivă asupra bolii Alzheimer, ascunsă în structura tridimensională a ADN-ului din celulele cerebrale. Această descoperire, publicată în revista Science, ar putea deschide noi căi pentru identificarea unor noi terapii pentru această afecțiune neurodegenerativă devastatoare.
Cercetătorii de la Universitatea Carnegie Mellon, Școala de Medicină a Universității Pittsburgh și Universitatea din Washington au constatat că organizarea genomică tridimensională diferă în anumite celule cerebrale ale persoanelor afectate de boala Alzheimer. Studiul sugerează că aceste modificări ale plierii genomului sunt legate de schimbări în activitatea genică și de organizarea țesutului cerebral.
„Boala Alzheimer nu poate fi înțeleasă strat cu strat”, a declarat Jian Ma, profesor de biologie computațională și coordonatorul studiului. „Structura 3D a genomului este un strat regulatoriu fundamental care ajută la conectarea secvenței ADN-ului cu activitatea genică. Prin integrarea plierii genomului, a stării celulare și a contextului tisular, putem trece dincolo de catalogarea schimbărilor asociate bolii spre înțelegerea modului în care acestea se potrivesc și care mecanisme să fie testate în continuare.”
ADN-ul nu este o simplă fâșie dreaptă în interiorul unei celule. Acesta se pliază într-o structură tridimensională complexă care determină accesibilitatea și activitatea genelor. Modificările acestei organizări fizice pot influența, prin urmare, funcția celulelor.
Cercetătorii au examinat probe post-mortem din cortexul prefrontal, o zonă frontală a creierului, provenind de la persoane cu și fără boala Alzheimer. Echipa a utilizat GAGE-seq, o tehnică ce măsoară atât expresia genică, cât și contactele genomice tridimensionale în aceeași celulă individuală. Aceste măsurători au fost combinate cu hărți spațiale transcriptomice, care păstrează informații despre locul unde apare activitatea genică în țesutul cerebral intact.
„Studiul nostru reprezintă un progres major în înțelegerea a ceea ce merge greșit în boala Alzheimer”, a afirmat Hansruedi Mathys, profesor asistent de neurobiologie la Universitatea Pittsburgh. „Știm despre semnele clasice ale bolii Alzheimer – acumularea de plăci de amiloid-beta și ghemuri de tau – dar rezultatele noastre stabilesc alterările cromatinei de ordin superior ca un component al patologiei moleculare asociate bolii.”
Un alt element important al cercetării a fost Hicformer, un model de inteligență artificială dezvoltat pentru a investiga modul în care structura genomică poate influența comportamentul celular. Modelul combină informații despre secvența ADN-ului cu modele largi de pliere genomică și hărți detaliate care arată unde secțiuni diferite de ADN intră în contact fizic.
Cercetătorii au identificat diferențe consistente în arhitectura genomică a celulelor persoanelor cu boala Alzheimer. În celulele afectate, zonele active și inactive ale genomului, numite compartimente, au prezentat granițe mai puțin definite, un model descris ca „amestec crescut al compartimentelor”. De asemenea, s-au observat interacțiuni mai slabe între gene și elementele reglatoare din apropiere, care în mod normal ajută la controlul activării sau dezactivării acestor gene.
Aceste descoperiri sugerează că modificările în organizarea genomică tridimensională pot fi un factor important în patologia bolii Alzheimer și oferă un cadru pentru testarea dacă anumite modificări structurale contribuie la progresia bolii. Pe viitor, aceste cercetări ar putea duce la identificarea unor noi ținte terapeutice pentru combaterea acestei boli cumplite.