ملخص: تعمل الخلايا الجذعية العصبية، التي تصنع خلايا عصبية جديدة في الدماغ، على إبطاء الشيخوخة بسبب ارتفاع مستويات الجلوكوز. ومن خلال القضاء على الجين الناقل للجلوكوز GLUT4 في الفئران المسنة، وجد الباحثون أن بإمكانهم زيادة إنتاج الخلايا العصبية الجديدة بشكل كبير.
يفتح هذا الاكتشاف آفاقًا محتملة للتدخلات الجينية والسلوكية للحث على إصلاح الدماغ، بما في ذلك إمكانية اتباع نظام غذائي منخفض الكربوهيدرات. قد تساعد هذه النتائج في علاج الأمراض التنكسية العصبية وتساعد الدماغ على التعافي بعد الإصابة.
حقائق أساسية:
- تصبح الخلايا الجذعية العصبية أقل نشاطًا مع تقدم العمر، ويرجع ذلك جزئيًا إلى تكوين الجلوكوز.
- أدى التخلص من جين GLUT4 إلى زيادة إنتاج الخلايا العصبية الجديدة في الفئران المسنة.
- وتقترح الدراسة العلاجات الممكنة من خلال السيطرة على الجلوكوز أو التغييرات الغذائية.
مصدر: ستانفورد
معظم الخلايا العصبية في الدماغ البشري تدوم مدى الحياة، وذلك لسبب وجيه. يتم تخزين المعلومات المعقدة وطويلة المدى في علاقات هيكلية معقدة بين نقاط الاشتباك العصبي الخاصة بها. إن فقدان الخلايا العصبية يعني فقدان تلك المعلومات المهمة، أي النسيان.
ومن المثير للاهتمام أن بعض الخلايا العصبية الجديدة لا تزال تنتج في الدماغ البالغ بواسطة مجموعة من الخلايا تسمى الخلايا الجذعية العصبية. ومع ذلك، مع تقدم عمر الدماغ، يصبح أقل كفاءة في إنشاء هذه الخلايا العصبية الجديدة، مما قد يكون له عواقب عصبية مدمرة ليس فقط على الذاكرة، ولكن أيضًا على أمراض الدماغ التنكسية مثل مرض الزهايمر ومرض باركنسون والتعافي من السكتة الدماغية أو غيرها. إصابة الدماغ
دراسة جديدة للطب بجامعة ستانفورد، نُشرت في 2 أكتوبر طبيعةتلقي الخلايا الجذعية العصبية، وهي الخلايا المسؤولة عن تكوين خلايا عصبية جديدة في الدماغ البالغ، ضوءًا جديدًا واعدًا على كيفية وسبب نشاط الدماغ مع تقدم العمر.
يقترح البحث بعض الخطوات التالية المثيرة للاهتمام في معالجة سكون الخلايا الجذعية العصبية القديمة – أو تحفيز تكوين الخلايا العصبية، أي إنتاج خلايا عصبية جديدة في الأدمغة الأصغر سنًا التي تحتاج إلى الإصلاح – من خلال استهداف المسارات المحددة حديثًا التي يمكنها إعادة تنشيط الخلايا الجذعية.
استخدمت آن برونيه، أستاذة علم الوراثة، وفريقها منصات كريسبر، وهي أدوات جزيئية تسمح للعلماء بتحرير الشفرة الوراثية للخلية بدقة، للبحث عن جينات كاملة تزيد من تنشيطها عند تعطيلها. الخلايا الجذعية العصبية في عينات مزروعة من الفئران القديمة، ولكن لا من الشباب.
وأكد برونيت، أستاذ مايكل وتيموثي باركيت الموهوب: “كنا أول من اكتشف 300 جينة تمتلك هذه القدرة – وهذا عدد كبير”. وقال برونيه إنه بعد تقليص عدد المرشحين إلى 10 “لفت انتباهنا واحد على وجه الخصوص”.
“هذا هو الجين الخاص بنقل الجلوكوز المسمى بروتين GLUT4، مما يشير إلى أن ارتفاع مستويات الجلوكوز داخل الخلايا الجذعية العصبية القديمة وحولها قد يبقي تلك الخلايا في حالة سبات.”
العقول الديناميكية
قال تايسون روتس، الباحث المنهجي في مرحلة ما بعد الدكتوراه في مختبر برونيه، إن هناك مناطق في الدماغ، مثل الحصين والبصلة الشمية، حيث يكون عمر العديد من الخلايا العصبية قصيرًا، حيث تموت بشكل روتيني ويمكن استبدالها بأخرى جديدة. والمعلم الرئيسي طبيعة ورق.
وقال: “في هذه المناطق الديناميكية للغاية من الدماغ، على الأقل في العقول الشابة والسليمة، تولد خلايا عصبية جديدة باستمرار، ويتم استبدال الخلايا العصبية غير المستقرة بخلايا عصبية جديدة”.
والآن بعد أن طور رويتز، المستشار العلمي والمؤسس المشارك لشركة ReneuBio، طريقة لاختبار المسارات الجينية المحددة حديثًا في الجسم الحي، “ستكون النتائج مهمة حقًا”، كما يقول برونيه.
واستغل رويتز المسافة بين المنطقة تحت البطينية، وهي منطقة الدماغ التي تعمل فيها الخلايا الجذعية العصبية، والبصلة الشمية، التي تبعد عدة ملليمترات في دماغ الفأر، حيث تتكاثر الخلايا الجديدة وتهاجر.
من خلال تعطيل جينات نقل الجلوكوز السابقة، والانتظار عدة أسابيع، ثم حساب عدد الخلايا العصبية الجديدة في البصلة الشمية، أثبت الفريق أن تعطيل الجين كان له تأثير منشط وتكاثري على الخلايا الجذعية العصبية. زيادة كبيرة في إنتاج الخلايا العصبية الجديدة في الفئران الحية.
مع التدخل المذكور أعلاه، لاحظوا زيادة بمقدار الضعف في الخلايا العصبية حديثي الولادة في الفئران الأكبر سنا.
وقال روتس: “هذا يسمح لنا بمراقبة ثلاث وظائف رئيسية للخلايا الجذعية العصبية”. “أولاً، يمكننا أن نقول إنها تتكاثر. ثانيًا، يمكننا رؤيتها تهاجر إلى البصلة الشمية حيث ينبغي أن تكون. ثالثًا، يمكننا رؤيتها تولد خلايا عصبية جديدة في ذلك الموقع.”
وقال روتس إنه يمكن استخدام نفس التقنية في دراسات تلف الدماغ. “الخلايا الجذعية العصبية في المنطقة تحت البطينية تعمل على إصلاح تلف أنسجة المخ الناجم عن السكتة الدماغية أو إصابات الدماغ المؤلمة.”
“اكتشاف مفعم بالأمل”
وقال برونيه إن رابط نقل الجلوكوز هو “اكتشاف واعد”. فمن ناحية، فهو لا يشير فقط إلى إمكانية تصميم علاجات دوائية أو جينية لدفع نمو الخلايا العصبية الجديدة في الأدمغة القديمة أو المصابة، بل يشير أيضًا إلى إمكانية تطوير تدخلات سلوكية بسيطة، مثل اتباع نظام غذائي منخفض الكربوهيدرات، يمكنه تعديل مستويات الجلوكوز. تم الاستيلاء عليها بواسطة الخلايا الجذعية العصبية القديمة.
وحدد الباحثون مسارات استفزازية أخرى تستحق دراسات المتابعة. الجينات الأولية المرتبطة بالأهداب، وهي أجزاء من خلايا معينة في الدماغ تلعب أدوارًا مهمة في استشعار ومعالجة الإشارات مثل عوامل النمو والناقلات العصبية، ترتبط بتنشيط الخلايا الجذعية العصبية.
طمأنت هذه النتيجة الفريق بأن طريقتهم كانت مفيدة، حيث أن العمل السابق غير ذي الصلة قد وجد بالفعل صلة بين بنية الأهداب ووظيفة الخلايا الجذعية العصبية.
وقال برونيه إن هذا أمر مثير لأن الارتباط بمسارات جديدة حول استقلاب الجلوكوز يمكن أن يؤدي إلى خيارات علاجية بديلة تشمل كلا المسارين.
وقال “قد يكون هناك تداخل مثير للاهتمام بين الأهداب الأولية – وقدرتها على التأثير على سكون الخلايا الجذعية والتمثيل الغذائي والوظيفة – وما وجدناه فيما يتعلق باستقلاب الجلوكوز”.
وتابع برونيه: “الخطوة التالية هي النظر عن كثب إلى ما يفعله تقييد الجلوكوز بدلاً من تعطيل الجينات المسؤولة عن نقل الجلوكوز في الحيوانات الحية”.
تمويل: تم دعم هذا العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحة (المنح P01AG036695 وR01AG056290)، وبرنامج تجديد الدماغ في جامعة ستانفورد، ومؤسسة Larry L. تم دعمه أيضًا من خلال زمالة مؤسسة هيلبلوم لما بعد الدكتوراه.
حول أخبار أبحاث علم الوراثة وعلم الأعصاب
مؤلف: ليزا كيم
مصدر: ستانفورد
اتصال: ليزا كيم – ستانفورد
صورة: يُنسب الفيلم إلى Neuronews
البحث الأصلي: الوصول المفتوح.
“تتحكم شاشات CRISPR-Cas9 في شيخوخة الخلايا الجذعية العصبية“آن برونيه وآخرون. طبيعة
ملخص
تتحكم شاشات CRISPR-Cas9 في شيخوخة الخلايا الجذعية العصبية
الشيخوخة تضعف قدرة الخلايا الجذعية العصبية (NSCs) على التحول من السكون إلى الانتشار في دماغ الثدييات المسنة. يؤدي الاستنزاف الوظيفي للخلايا الجذعية السرطانية إلى انخفاض إنتاج الخلايا العصبية الجديدة وضعف التجدد بعد الإصابة في الشيخوخة.
وقد تبين أن العديد من التدخلات الجينية تعمل على تحسين الوظيفة في الدماغ المسن، ولكن لم يتم إجراء اختبار وظيفي منهجي للجينات في الخلايا الجذعية السرطانية المسنة – وفي الخلايا الأكبر سنا بشكل عام.
هنا، نقوم بتطوير منصات فحص CRISPR-Cas9 عالية الإنتاجية في المختبر وفي الجسم الحي لتحديد الجينات المعطلة بشكل منهجي والتي تزيد من تنشيط NSC في الفئران القديمة.
لقد حددت شاشاتنا على مستوى الجينوم في الثقافات الأولية للخلايا الجذعية السرطانية الصغيرة والمسنة أكثر من 300 من الجينات المعطلة التي تستعيد وظيفة الخلايا العصبية القديمة على وجه التحديد. أفضل الضربات القاضية للجينات شملت تنظيم الهدب واستيراد الجلوكوز.
نقوم أيضًا بإنشاء منصة فحص CRISPR-Cas9 قابلة للتطوير في الجسم الحي والتي حددت 24 من الجينات المعطلة التي تزيد من وظيفة NSC وإنتاج خلايا عصبية جديدة في الأدمغة القديمة.
الضربة القاضية رائعة Slc2a4فهو يقوم بتشفير ناقل الجلوكوز GLUT4، وهو تدخل فعال لتحسين وظيفة NSCs القديمة. يزداد امتصاص الجلوكوز في الخلايا الجذعية السرطانية أثناء الشيخوخة، ويستعيد تجويع الجلوكوز العابر وظيفة الخلايا العصبية النووية القديمة. لذلك، قد يساهم امتصاص الجلوكوز في انخفاض وظيفة NSC مع تقدم العمر.
يوفر عملنا منصات قابلة للتطوير لتحديد التدخلات الجينية التي تعمل على تحسين وظيفة الخلايا الجذعية السرطانية القديمة بشكل منهجي، بما في ذلك في الجسم الحي، مع آثار مهمة لمواجهة التدهور التجديدي في الشيخوخة.
“متعصب التلفزيون. مدمن الويب. مبشر السفر. رجل أعمال متمني. مستكشف هواة. كاتب.”