С помощью секвенирования рнк одиночных клеток учёным удалось выявить причины нарушения функционирования нейронов верхних слоёв коры головного мозга у пациентов с шизофренией
Группа исследователей под руководством Константина Ходосевича (Konstantin Khodosevich) из Копенгагенского университета (University of Copenhagen’s) с помощью секвенирования РНК одиночных клеток (snRNA-seq) обнаружила особенности патогенеза шизофрении, которые связаны с изменением функций нейронов конкретных отделов головного мозга, и оценила их суммарное влияние. Результаты работы опубликованы в журнале Science Advances.
Исследование было сосредоточено на нескольких типах нейронов. Учёные смоделировали у лабораторных животных изменения ряда клеток головного мозга, характерные для пациентов с шизофренией, включая различные типы интернейронов коры головного мозга, экспрессирующих γ-аминомасляную кислоту (ГАМК).
Исследователи проанализировали более 220 000 нейронов разных типов, выделенных из дорсолатеральной префронтальной коры как у пациентов с шизофренией, так и у представителей контрольной группы. Секвенирование РНК одиночных клеток позволило оценить экспрессию генов в ГАМКергических и других нейронах и отследить изменение количества разных клеток.
«Исследование показало, что у пациентов с шизофренией наблюдаются изменения функционирования нескольких подтипов нейронов, что существенно влияет на многие процессы», – пишут авторы.
Ходосевич и его коллеги изучили посмертные образцы ткани из зоны Бродмана девятой области дорсолатеральной префронтальной коры у 9 человек, страдающих шизофренией, и 14 представителей контрольной группы. Анатомические и функциональные особенности этой области головного мозга ранее уже описывали у пациентов с шизофренией.
С помощью нейронального ядерного антигена NeuN из каждого образца были выделены ядра нейронов для секвенирования РНК одиночных клеток. Всего было секвенировано 225 012 ядер, из которых успешно прошли контроль качества 209 053 образца.
Оказалось, что нейрональный состав коры головного мозга у больных шизофренией значительно изменён. Количество ГАМКергических интернейронов, принадлежащих к подтипам PVALB, SST и VIP, было снижено, а доля нейронов подтипов L2_3_CUX2 и L4_5_FEZF2_LRRK1 повышена. Дополнительный композиционный анализ подтвердил полученные данные. Исследование транскрипции позволило выявить существенные различия экспрессии генов в нейронах подтипов L2_3_CUX2_LAMP5 и PVALB у пациентов с шизофренией и представителей контрольной группы.
Однако учёные подчёркивают, что для шизофрении характерна высокая индивидуальная вариативность. При анализе транскрипционных различий исследователи обнаружили, что в контрольных образцах наблюдается небольшой диапазон изменений, в то время как у пациентов с шизофренией разброс оказался значительным.
Далее учёные сосредоточились на анализе конкретных генов для каждого подтипа нейронов. Выяснилось, что при шизофрении гены, связанные с энергетическим метаболизмом и путями биогенеза белков, подавляются, а гены, участвующие в процессах нейротрансмиссии, активизируются. Кроме того, максимальная дифференциация экспрессии генов была зафиксирована в нейронах верхнего слоя коры головного мозга, это позволяет предположить, что данная зона является ведущей при шизофрении. Исследователи отметили, что верхние слои головного мозга человека намного функциональнее, чем у других приматов и грызунов.
«Полученные данные подтверждают теорию о том, что на развитие шизофрении во многом влияет нарушение интеграции ГАМКергических интернейронов и дифференциации других нейронов в дорсолатеральной префронтальной коре (эти особенности могут формироваться на поздних сроках беременности)», – добавили исследователи.
Учёные отметили, что выборка была недостаточно крупной. Необходимы дополнительные исследования с большим количеством образцов и более подробными сведениями из историй болезни. Это поможет получить новые данные об изменении численности типов клеток и экспрессии генов у пациентов с шизофренией.