При рассеянном склерозе незрелые олигодендроциты не могут восстановить миелиновые оболочки

Авторы статьи в Cell обнаружили встроенный «тормоз», который контролирует созревание олигодендроцитов в центральной нервной системе (ЦНС). Они пришли к выводу, что у пациентов с рассеянным склерозом этот тормоз, по-видимому, остается слишком активным, поэтому олигодендроциты созревают слишком медленно, а миелиновые оболочки нервов, которые повреждаются при рассеянном склерозе, не могут восстанавливаться.

Нарушенное созревание олигодендроцитов уже связывают с рассеянным склерозом. Ученые из США проанализировали дифференцировку олигодендроцитов, чтобы выявить транскрипционные и эпигенетические механизмы, которые регулируют переход клеток из незрелого состояния в зрелое. Опыты проводили in vitro — плюрипотентные стволовые клетки, из которых затем выращивали олигодендроциты, были получены от мышей.

Используя данные ChIP-seq клеток-предшественников олигодендроцитов и от незрелых олигодендроцитов, ученые идентифицировали суперэнхансеры, уникальные для каждого типа клеток, и их целевые гены. Они формируют самоподдерживающуюся сеть регуляторных взаимодействий. Анализ мотивов связывания в геноме выявил в центре этой сети транскрипционный фактор SOX6. Вероятно, он служит ключевым регулятором раннего развития олигодендроцитов — эту гипотезу исследователи и стали проверять.

Помимо факторов транскрипции, важную роль в регуляции активности генов играют микроРНК. Геномный скрининг выявил 20 микроРНК, которые повышали в клетках экспрессию основного белка миелина (MBP) — маркера созревающих олигодендроцитов. Главной их мишенью среди транскрипционных факторов оказался Sox6 — для него были предсказаны взаимодействия с 8 из 20 этих микроРНК.

Предыдущие исследования показали, что SOX6 поддерживает клетки-предшественники олигодендроцитов в прогениторном состоянии, стимулируя экспрессию их маркера Pdgfra и ингибируя гены, характерные для олигодендроцитов. Авторы провели нокдаун Sox6 и проанализировали морфологию полученных клеток. Оказалось, что олигодендроциты быстро приобретали зрелый фенотип и продуцировали миелин; это подтвердилось и путем окрашивания клеток на Mobp — маркер зрелых олигодендроцитов. При этом нокдаун Sox4 — известного регулятора дифференцировки — ускорял ее, но не приводил к созреванию олигодендроцитов. Иными словами, созревание и дифференцировка представляют собой два различных процесса, и формирование зрелых олигодендроцитов контролируется исключительно SOX6.

Опыты с нокаутом Sox6 показали, что его отсутствие практически не влияет на долю сформированных олигодендроцитов, но повышает в каждой клетке количество миелиновых мембран с MBP. Его оверэкспрессия не влияла на дифференцировку и не меняла морфологию олигодендроцитов, но повышала экспрессию транскриптов Bcas1 и Nfasc — эти гены активно экспрессируются в незрелых олигодендроцитах. Это указывает на возможный механизм: SOX6 ограничивает скорость созревания клеток, чтобы сформировать из них морфологически, транскрипционно и функционально зрелые миелинизирующие олигодендроциты.

Анализируя связывание SOX6 с генами, авторы выявили набор его мишеней в олигодендроцитах, который обозначили как кластер SOX6-зависимых генов. Он был обогащен компонентами путей развития олигодендроцитов.

Наконец, ученые показали, что нарушение созревания олигодендроцитов из-за SOX6 характерно для рассеянного склероза. Проанализировав открытые данные о секвенировании РНК отдельных ядер, они обнаружили, что у пациентов с этим диагнозом избыточно экспрессируются SOX6-зависимые гены, тогда как при болезни Альцгеймера или Паркинсона подобного не наблюдалось. Нарушение созревания олигодендроцитов может усугублять патогенез — из-за того, что новые олигодендроциты не созревают, они неспособны компенсировать повреждение миелинизирующих олигодендроцитов, которое происходит при рассеянном склерозе.

Обнаруженный механизм может стать и мишенью для терапии рассеянного склероза. Авторы проверили это in vivo — новорожденным мышатам вводили антисмысловые олигонуклеотиды в желудочки мозга, чтобы подавить экспрессию Sox6. Через 10 дней после инъекции мозг животных подвергали транскрипционному и иммуногистохимическому анализу. Они подтвердили, что уровень транскрипта Sox6 снижался. Это также приводило к более плотному окрашиванию на MBP в волокнах нервных трактов, причем количество новообразованных олигодендроцитов не отличалось от контрольного уровня. Таким образом, нокдаун Sox6 способен стимулировать созревание олигодендроцитов в постнатальном мозге — исследователи рассчитывают, что дальнейшее изучение этого подхода может лечь в основу терапии рассеянного склероза.

Дисфункция митохондрий в клетках мозжечка ускоряет их гибель при рассеянном склерозе