Liknende genetiske endringer i to forskjellige typer hjerneceller kan bidra til kognitiv svikt ved schizofreni og aldring.
Amerikanske forskere undersøkte genuttrykk i over en million hjerneceller samlet post mortem fra 191 donorer. Personer med schizofreni og eldre voksne ble funnet å ha en sammenligningsvis redusert ekspresjon av spesifikke gener i både nevroner og støttende celler kalt astrocytter.
«Vitenskapen fokuserer ofte på hvilke gener hver celletype uttrykker på egenhånd,» forklarer Steve McCarroll, en genomisk nevrobiolog fra Broad Institute of MIT og Harvard.
«Disse cellene fungerer ikke som uavhengige enheter, men har veldig tett koordinering. Styrken i disse forholdene tok pusten fra oss.»
Forskerne kalte disse synkroniserte endringene – involvert i ‘kommunikasjonsknuter’ kalt synapser – Synaptic Neuron and Astrocyte Program (SNAP). Nå som vi vet at SNAP eksisterer, kan vi kanskje utvikle måter å beskytte kognitive evner og behandle nedgang ved aldring og schizofreni.
«Våre resultater tyder på at disse forholdene mellom schizofreni og aldring oppstår fra delte cellulære og molekylære endringer,» skriver forfatterne.
For å se nøye på hvordan hjernen vår naturlig varierer, brukte McCarroll og kolleger enkeltkjerners RNA-sekvensering og trente en kunstig intelligensmodell for å undersøke genaktivitet i individuelle celler.
«For å oppdage koordinering mellom astrocytter og nevroner ved schizofreni og aldring, måtte vi studere vevsprøver fra et veldig stort antall individer,» sier nevrovitenskapsmann Sabina Berretta fra Broad Institute, en medsenior forfatter sammen med McCarroll.
De så på celler fra prefrontale cortex hos 94 personer med schizofreni og 97 personer uten tilstanden mellom 22 og 97 år. Dette hjerneområdet spiller en rolle i ulike komplekse kognitive prosesser og utøvende funksjoner.
De fant at når nevroner skrudd opp aktiviteten til gener relatert til synapser, ble astrocytter med og begynte å aktivere uttrykket av den spesifikke SNAP-gruppen av gener. Og denne aktiviteten ble koordinert da genetisk ekspresjon også ble redusert.
Tidligere studier har funnet at astrocytter kontrollerer gener som er ansvarlige for å lage kolesterol, noe som er avgjørende for synapskonstruksjon. Redusert kolesterolproduksjon er sett i musemodeller av hjernesykdommer som involverer kognitiv svikt og strukturelle endringer i hjernen.
«Vitenskapen har lenge visst at nevroner og synapser er viktige for risikoen for schizofreni,» forklarer første forfatter Emi Ling, en nevrobiolog ved Broad Institute.
«Men ved å stille spørsmålet på en annen måte – spørre hvilke gener hver celletype regulerer dynamisk – fant vi ut at også astrocytter sannsynligvis er involvert.»
De oppdaget at SNAP også varierer blant friske unge mennesker, enten det øker eller reduserer ekspresjonen, men det er alltid koordinert mellom både astrocytter og nevroner. Hos mange eldre voksne, inkludert de med og uten schizofreni, reduserte SNAP seg betydelig.
Hjernen rydder opp gamle synapser og danner nye, noe som antas å gjøre hjernen vår mer tilpasningsdyktig, og forskning har koblet schizofrenirisiko til gener som bidrar til synapsfunksjon.
Det er også kjent at genetisk risiko for schizofreni er knyttet til nedsatt kognisjon hos eldre mennesker, og å ha schizofreni øker en persons sjanser for å utvikle demens senere i livet.
Som mange nevrologiske lidelser, er schizofrenis grunnårsaker komplekse og ikke klare, selv om flere genetiske, miljømessige og biologiske faktorer ser ut til å være involvert.