ADN-ul nu este simplu stocat ca o secvență dreaptă în interiorul nucleului. Este pliat, buclat și ambalat într-o structură complexă tridimensională care ajută la determinarea genelor active și a celor care rămân silent.

Cercetările noi sugerează că această organizare devine perturbată în boala Alzheimer și se schimbă și odată cu înaintarea în vârstă a creierului.

Aceste constatări indică structura genomului ca un alt nivel important care leagă îmbătrânirea, activitatea genetică și boala neurologică.

Privind dincolo de secvența ADN-ului

Oamenii de știință deja știu că sănătatea poate fi influențată de schimbările în secvența ADN-ului și de marcările chimice atașate de ADN. Dar aranjarea fizică a ADN-ului în interiorul nucleului contează de asemenea. O echipă de cercetare a examinat dacă această organizare tridimensională se modifică în boala Alzheimer și dacă aceste schimbări sunt legate de perturbările în activitatea genetică.

Studiul s-a concentrat pe țesutul cerebral post-mortem de la persoane în vârstă de 75 de ani și peste. Zece aveau boală Alzheimer și zece nu. Cercetătorii au analizat mai multe tipuri de celule din cortexul prefrontal, o regiune a creierului care suferă schimbări majore în Alzheimer.

ADN-ul se pliază diferit în Alzheimer

Oamenii de știință au descoperit diferențe structurale clare între celulele din cele două grupuri. În mostrele de Alzheimer, secțiunile îndepărtate ale ADN-ului erau mai susceptibile să intre în contact una cu alta, în timp ce regiunile vecine interacționau mai rar.

Aceasta sugerează că organizarea normală a genomului devenise mai puțin ordonată. Schimbările au fost determinate de rearanjamente în cromatină, combinația de ADN și proteine care umple nucleul. Unele regiuni de cromatină sunt strâns ambalate și conțin gene care sunt în mare parte inactive.

Alte regiuni sunt mai deschise și conțin gene pe care celula le poate folosi mai ușor. În mod normal, aceste tipuri diferite rămân relativ separate. În celulele de Alzheimer, totuși, ele s-au amestecat mai mult decât de obicei. Acest amestec crescut a fost asociat cu schimbări largi în activitatea genetică.

Genele legate de neuroni au devenit mai puțin active

Schimbările structurale nu au fost aleatorii. Amestecul mai mare al cromatinei a fost legat de activitatea redusă în mai multe grupe de gene implicate în funcționarea normală a neuronilor. În același timp, genele conectate cu producția de energie și procesarea ARN-ului au devenit mai active.

Aceste modele sugerează că plierea modificată a ADN-ului ar putea contribui la schimbările moleculare deja observate în boala Alzheimer. Studiul nu demonstrează că organizarea genomului perturbată cauzează boala, dar adaugă un alt posibil mecanism prin care celulele creierului ar putea pierde funcția normală.

Îmbătrânirea arată modele similare

Un studiu separat a examinat celule din hipocamp, o regiune a creierului esențială pentru formarea și amintirea memoriei. Cercetătorii au descoperit că organizarea tridimensională a genomului a devenit mai puțin structurată odată cu înaintarea în vârstă. Aceste schimbări au fost însoțite de modificări în activitatea genetică și în modificările chimice la ADN. Împreună, rezultatele sugerează că îmbătrânirea în sine poate slăbi treptat organizarea genomului.

Pierderea acestei structuri ar putea influența căile inflamatorii și ar putea contribui la declinul funcției creierului în timp. Deoarece îmbătrânirea este cel mai puternic factor de risc pentru Alzheimer, suprapunerea între aceste două modele este deosebit de importantă.

De ce contează structura genomului

Potrivit liderului studiului, Jian Ma, Alzheimer nu poate fi înțeles prin examinarea doar a unui singur strat biologic la un moment dat. El susține că structura tridimensională a genomului acționează ca un sistem regulatory fundamental care leagă secvența ADN-ului cu activitatea genetică.

Această perspectivă ar putea ajuta la explicarea de ce Alzheimer implică schimbări atât de întinse la nivelul multor gene și procese celulare. În loc să se concentreze doar pe mutații sau gene individuale, cercetătorii ar putea fi nevoiți să ia în considerare întregul genom este aranjat fizic.

Un nou curs pentru cercetare

Descoperirile ridică mai multe întrebări importante. Oamenii de știință trebuie încă să determine dacă schimbările în organizarea ADN-ului sunt o cauză a disfuncției celulare, o consecință a bolii sau ambele. Este de asemenea neclar dacă procesul poate fi încetinit, prevenit sau inversat. Studiile viitoare ar putea ajuta să identifice care schimbări structurale apar cel mai devreme și dacă ele ar putea deveni indicatori utili ai îmbătrânirii creierului sau a progresiei bolii.

Mesajul mai larg este că Alzheimer ar putea implica nu numai schimbări în ceea ce conține ADN-ul, ci și schimbări în modul în care acel ADN este organizat fizic în interiorul celulei. Înțelegerea acelui strat ascuns ar putea oferi o imagine mai completă a modului în care îmbătrânirea remodelează creierul și de ce unele celule devin vulnerabile la neurodegenerare.