Niektóre cząsteczki RNA w komórkach nerwowych mózgu pozostają przez całe życie bez odnawiania się. Neurolodzy z Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) wykazali teraz, że tak jest w przypadku badaczy z Niemiec, Austrii i USA. RNA to na ogół cząsteczki krótkotrwałe, które są stale rekonstruowane w celu dostosowania się do warunków środowiskowych. Dzięki odkryciom, które opublikowano obecnie w czasopiśmie Science, grupa badawcza ma nadzieję rozszyfrować złożony proces starzenia się mózgu i lepiej zrozumieć powiązane z nim choroby zwyrodnieniowe.
Większość komórek w organizmie człowieka ulega regularnej odnowie, dzięki czemu zachowuje swoją witalność. Są jednak wyjątki: serce, trzustka i mózg składają się z komórek, które nie odnawiają się przez całe życie, a mimo to muszą pozostać w pełnej sprawności. „Starzejące się neurony są ważnym czynnikiem ryzyka chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera” – mówi prof. dr Tomohisa Toda, profesor epigenomiki neuronowej na FAU oraz w Centrum Fizyki i Medycyny Maxa Plancka w Erlangen. „Podstawowe zrozumienie procesu starzenia i tego, które kluczowe elementy biorą udział w utrzymaniu funkcji komórek, ma kluczowe znaczenie dla skutecznych koncepcji leczenia:”
We wspólnym badaniu przeprowadzonym wspólnie z neurobiologami z Drezna, La Jolla (USA) i Klosterneuburg (Austria) grupa robocza pod przewodnictwem Tody zidentyfikowała kluczowy element starzenia się mózgu: badaczom po raz pierwszy udało się wykazać, że pewne rodzaje kwasu rybonukleinowego (RNA), które chronią materiał genetyczny, istnieją tak długo, jak same neurony. „To zaskakujące, ponieważ w przeciwieństwie do DNA, które z reguły nigdy się nie zmienia, większość cząsteczek RNA żyje niezwykle krótko i podlega ciągłej wymianie” – wyjaśnia Toda.
Aby określić długość życia cząsteczek RNA, grupa Toda współpracowała z zespołem prof. dr Martina Hetzera, biologa komórkowego w Austriackim Instytucie Nauki i Technologii (ISTA). „Udało nam się oznaczyć RNA cząsteczkami fluorescencyjnymi i prześledzić ich długość życia w komórkach mózgowych myszy” – wyjaśnia Tomohisa Toda, który ma wyjątkową wiedzę specjalistyczną w dziedzinie epigenetyki i neurobiologii i który w 2023 r. otrzymał grant ERC Consolidator Grant za swoje badania. „Byliśmy nawet w stanie zidentyfikować oznaczone, długowieczne RNA u dwuletnich zwierząt, i to nie tylko w ich neuronach, ale także w somatycznych dorosłych nerwowych komórkach macierzystych w mózgu.”
Ponadto naukowcy odkryli, że długo żyjące RNA, które w skrócie nazwali LL-RNA, zwykle znajdują się w jądrach komórkowych, blisko połączonych z chromatyną – kompleksem DNA i białek tworzących chromosomy. Wskazuje to, że LL-RNA odgrywa kluczową rolę w regulacji chromatyny. Aby potwierdzić tę hipotezę, zespół obniżył stężenie LL-RNA w eksperymencie in vitro na modelach dorosłych nerwowych komórek macierzystych, w wyniku czego doszło do silnego naruszenia integralności chromatyny.
„Jesteśmy przekonani, że LL-RNA odgrywają ważną rolę w długoterminowej regulacji stabilności genomu, a tym samym w ochronie komórek nerwowych przez całe życie” – wyjaśnia Tomohisa Toda. „Przyszłe projekty badawcze powinny dać głębszy wgląd w biofizyczne mechanizmy stojące za długoterminową konserwacją LL-RNA. Chcemy dowiedzieć się więcej o ich biologicznej funkcji w regulacji chromatyny oraz o wpływie starzenia na wszystkie te mechanizmy”.