Травмы головы и заболевания мозга

Биологи Университета Калифорнии – Лос-Анджелеса (UCLA) обнаружили, что травмы головы негативно влияют на отдельные клетки и гены, которые могут привести к серьезным нарушениям головного мозга. Ученые создают первый клеточный «атлас» гиппокампа (части мозга, которая помогает регулировать процессы обучения и памяти) под влиянием черепно-мозговой травмы. Команда также предлагает кандидаты-гены для лечения заболеваний головного мозга, связанных с травмой головного мозга, таких как болезнь Альцгеймера и посттравматический синдром.

6000 клеток в 15 гиппокампальных типах

Ученые изучили более 6000 клеток в 15 гиппокампальных типах – первом исследовании отдельных типов клеток при травме мозга. Каждая клетка имеет одну и ту же ДНК, но действие генов активируется в разных типах клеток. Среди 15 типов клеток присутствует два ранее неизвестных, каждый из которых имеет уникальный набор активных генов.

«Каждый тип клеток различен», – сказал Фернандо Гомес-Пинилла, профессор нейрохирургии UCLA и интегративной биологии и физиологии, и соавтор исследования, который был опубликован в журнале Nature Communications.

Биологи обнаружили, что сотни генов оказывают неблагоприятное воздействие на легкую черепно-мозговую травму, такую как сотрясение мозга. Эти измененные гены могут впоследствии привести к болезням Альцгеймера, Паркинсона и других заболеваний.

Исследование на мышах

Исследователи воспроизвели травму мозга на мышах и изучили других мышей, которые не получали травмы. Ученые проанализировали тысячи клеток в гиппокампе обеих групп мышей. Среди их выводов:

• Мыши без травмы имели очень низкие уровни в 14 из 15 типов клеток гена Ttr, который регулирует обмен веществ, контролирует гормоны щитовидной железы и выполняет другие функции. Исследователи обнаружили, что травма головного мозга увеличила уровень Ttr по существу во всех типах клеток. Они пришли к выводу, что Ttr имеет важное значение для здоровья мозга и может функционировать, чтобы принести больше гормонов щитовидной железы в мозг для поддержания метаболизма. Гормон щитовидной железы, называемый T4, вводили мышам. T4 улучшил травматический дефицит обучения, вызванный травматическими повреждениями мозга, и внес изменения в 93 гена, которые влияют на обучение и память. Это изменение и ущерб, вызванный травматической травмой головного мозга, является важным новым открытием. После черепно-мозговой травмы метаболизм значительно снижается. Биологи думают, что T4 может «перезагружать» обмен веществ.
• Исследователи обнаружили доказательства того, что по меньшей мере 12 из 15 типов клеток отрицательно влияют на травму мозга, и одни сильнее, чем другие.
• Ученые смогли увидеть, как гены, которые были связаны с болезнью Альцгеймера, действуют в разных типах клеток, давая новые подробности о том, где эти гены действуют, когда они подвержены травме мозга. «Мы изучаем, какие типы клеток мы хотим выделить в будущих исследованиях», – сказал Ся Янг, главный автор исследования, и адъюнкт-профессор интегративной биологии и физиологии Калифорнийского университета. «Возможно, гены, связанные с болезнью Альцгеймера, не обязательно должны быть активны во всех разных типах клеток».
• Впервые биологи обнаружили несколько генов, которые подвержены травматическому синдрому головного мозга, который недавно был связана с невротическим поведением у людей. Травма головного мозга связана с депрессией, тревожностью и шизофренией. Это исследование может привести к новым методам лечения этих состояний.
• Травма мозга может привести к так называемой посттравматической эпилепсии. Исследователи обнаружили ген, который может служить потенциальной мишенью для лечения такого рода эпилепсии.
• Травма головного мозга вызывает изменения в том, как клетки общаются друг с другом.
• «Знание генов, в которых клетки меняются в конкретном человеке, могут привести к правильному лечению этого человека», – сказал Янг, который является членом Института количественной и вычислительной биологии UCLA.

Гомес-Пинилла, которая также является членом Центра исследования головного мозга UCLA, описывает новое исследование как продвижение в прецизионной медицине, которая обещает индивидуальное лечение заболеваний.

Douglas Arneson, Guanglin Zhang, Zhe Ying, Yumei Zhuang, Hyae Ran Byun, In Sook Ahn, Fernando Gomez-Pinilla, Xia Yang.

Single cell molecular alterations reveal target cells and pathways of concussive brain injury.

Nature Communications, 2018; 9 (1) DOI: 10.1038/s41467-018-06222-0