رونویسی فضایی، نواحی بافتی در مالتیپل اسکلروزیس را آشکار می‌سازد

بیماری مالتیپل اسکلروزیس (MS)، یکی از پیچیده‌ترین اختلالات عصبی، تأثیرات عمیقی بر زندگی بیماران می‌گذارد. مطالعه‌ای تازه و هیجان‌انگیز که در مجله Nature Neuroscience منتشر شده، چشم‌اندازهای جدیدی برای درک این بیماری گشوده است. در این پژوهش، محققان با استفاده از تکنیک‌های پیشرفته رونویسی فضایی و توالی‌یابی RNA تک‌هسته‌ای، نواحی آسیب‌دیده‌ای را در MS شناسایی کرده‌اند که نقشی کلیدی در پیشرفت بیماری ایفا می‌کنند. این یافته‌ها چه تأثیری بر آینده درمان‌ها خواهد داشت؟ همراه مجله بیوزوم باشید تا به بررسی جزئیات این تحقیق برجسته و نتایج شگفت‌انگیز آن بپردازیم!

در یک مطالعه اخیر که در مجله Nature Neuroscience منتشر شده است، پژوهشگران از توالی‌یابی RNA تک‌هسته‌ای (snRNAseq) و ترنسکریپتومیک (Transcriptomics) یا رونویسی فضایی (ST) بر روی بافت‌های زیر قشری مبتلا به مالتیپل اسکلروزیس (MS) و بافت‌های کنترل استفاده کردند تا انواع سلول‌ها، تعاملات و مسیرها را در نواحی ضایعه و نواحی غیرضایعه نقشه‌برداری کنند.

آن‌ها نیچ‌های (Niches) تخصصی مانند حاشیه‌های ضایعه ملتهب و هسته ضایعه را شناسایی کردند. این نواحی یا نیچ‌ها مناطقی کوچک و ویژه هستند که در آن‌ها تعاملات منحصربه‌فردی میان سلول‌ها رخ می‌دهد. برای مثال، آستروسیت‌هایی که مژک دارند (نوعی ساختار کوچک شبیه مو که در ارتباطات سلولی نقش دارد) و همچنین ارتباطات خاص میان سلول‌ها در این نیچ‌ها دیده می‌شود. این ویژگی‌ها نشان می‌دهند که چنین تعاملاتی باعث پیشرفت ضایعه در MS می‌شوند.

پیش‌زمینه

مالتیپل اسکلروزیس (MS) یک بیماری التهابی پیشرفته در سیستم عصبی مرکزی است که با دِمیلینه شدن (Demyelination)، آسیب آکسونی (Axonal damage) و تغییرات مزمن بافتی (Chronic tissue changes)، از جمله ازدست‌رفتن نورون‌ها (Neuron loss) و آتروفی مغز (Brain atrophy) مشخص می‌شود MS .مزمن با التهاب‌های پایدار و تفکیک‌شده، به‌ویژه در حاشیه‌های ضایعات ماده سفید زیر قشری که معمولاً تجمع آهن و پیشرفت بیماری را نشان می‌دهد، پیچیده می‌شود.

ضایعات MS در مراحل قابل‌شناسایی پیشرفت می‌کنند که با التهاب فعال و تجزیه میلین توسط سلول‌های ایمنی آغاز می‌شود؛ برخی از این ضایعات ممکن است دچار تجدید میلین (Remyelination) شوند، درحالی‌که دیگران به مرحله فعال مزمن با حاشیة التهابی پیشرفت می‌کنند. در این مرحله، یک اسکار گلیال متراکم (Dense glial scar) شکل می‌گیرد که در نهایت به ضایعات غیرفعال با التهاب حداقلی منجر می‌شود.

اگرچه تصویربرداری و هیستوپاتولوژی بینش‌هایی درباره پیشرفت ضایعات ارائه کرده‌اند، محدودیت‌های تکنیک‌های مولکولی دقیق فضایی مانع از نقشه‌برداری دقیق از پاتولوژی خاص نوع سلول در نواحی مختلف ضایعه و غیرضایعه شده است.

نکته: اسکار گلیال متراکم (Dense glial scar) به تجمع و انباشت سلول‌های گلیال در ناحیه آسیب‌دیده مغز یا نخاع گفته می‌شود که به طور طبیعی برای ترمیم بافت آسیب‌دیده تشکیل می‌شود، اما می‌تواند مانع از ترمیم کامل و بازسازی بافت شود.

در مطالعه حاضر، پژوهشگران از توالی‌یابی RNA تک‌هسته‌ای (snRNAseq) و ترنسکریپتومیک فضایی (ST) برای نقشه‌برداری از انواع سلول‌ها، ویژگی‌های مولکولی و تعاملات سلولی در ضایعات زیر قشری MS استفاده کردند.

 در موردمطالعه

پژوهشگران ۱۲ نمونه ضایعه MS و هفت نمونه کنترل را مورد بررسی قرار دادند و بر روی ضایعات فعال مزمن (MS-CA) و غیرفعال مزمن (MS-CI) مرکز کردند که بر اساس نشانگرهایی مانند دمیلینه شدن، التهاب و جذب آهن طبقه‌بندی شدند. تمامی نمونه‌های بافتی از بانک بافت مالتیپل اسکلروزیس در کالج امپریال لندن تأمین شد. برای شناسایی نواحی بافتی متمایز، از نشانه‌گذاری دستی و محاسباتی استفاده شد و تحلیل مسیر برای شناسایی عملکردهای بیولوژیکی در مناطق مختلف انجام گرفت.

 آستروسیت‌ها (AS) مورد تجزیه‌وتحلیل و تأیید قرار گرفتند و از طریق مجموعه‌های داده مقایسه‌ای و تحلیل نشانگرها اعتبارسنجی شدند. زیرگروه‌ها با استفاده از ترنسکریپتومیک فضایی (ST)  نقشه‌برداری شده و با استفاده از هیبریداسیون فلورسانس در محل تک‌مولکولی (smFISH)  و ایمونوفلورسانس تأیید شدند. این مطالعه همچنین تفاوت‌های مولکولی در انواع ضایعات MS را بررسی کرد. بیان ژن‌های متفاوت و فراوانی نسبی انواع سلول‌ها، به‌ویژه الیگودندروسیت‌ها (OL)، AS  و سلول‌های میلوئیدی (MC)، مورد تجزیه‌وتحلیل قرار گرفت. رویدادهای ارتباط سلولی (CCC) با جفت‌سازی داده‌های snRNA-seq و ST استنباط شد که تعاملات خاص لیگاند-گیرنده در ضایعه را نشان می‌دهد. این تعاملات همچنین با smFISH تأیید شدند که مسیرهای سیگنال‌دهی خاص نوع سلول و نوع ضایعه را فاش می‌کند.

نتایج و بحث

در این مطالعه، 9 نوع سلول اصلی و 79 نوع زیرگروه با تمرکز اصلی بر روی آستروسیت‌ها (AS)  شناسایی شدند. به‌طور قابل توجهی، یک زیرگروه منحصر به فرد از آستروسیت‌ها با نام “آستروسیت مژک‌دار” کشف شد که در هسته‌های ضایعات بیش از حد نمایان بود، با اسکار گلیال ارتباط داشت و توسط مارکرهای مرتبط با مژک و تحلیل بیان ژن تأیید شد. این زیرگروه FOXJ1 (forkhead box J1) را بیان می‌کرد، که یک ژن کلیدی در بیوژنز مژک است و ساختارهای بزرگ مژک را نشان می‌داد که نقش آن در بازسازی ضایعات را پیشنهاد می‌کند.

تجزیه‌وتحلیل فضایی، نیچ‌های بافتی متمایز، از جمله هسته ضایعه، حاشیه، و مناطق اطراف عروقی را نشان داد. فراوانی بالایی از AS در هسته ضایعه یافت شد، درحالی‌که OL در نواحی کنترل شیوع بیشتری داشت.

تجزیه‌وتحلیل مسیر نشان‌دهنده بازسازی بافت فعال و مسیرهای سیگنال‌دهی مرتبط با التهاب در ضایعات MS، به‌ویژه در حاشیه ضایعه، با مسیرهای مرتبط با التهاب مانند JAK-STAT (جنس کیناز/ مبدل‌های سیگنال و فعال‌کننده‌های رونویسی) و TNF (فاکتور نکروز تومور) غنی‌شده است. یک نیچ نفوذکننده عروقی که با سلول‌های ایمنی و اندوتلیالی مشخص می‌شود، شناسایی شد که التهاب مداوم در بافت‌های تحت‌تأثیر  MS  را برجسته می‌کند.

این مطالعه همچنین تفاوت‌های بین ضایعات فعال مزمن (MS-CA) و غیرفعال مزمن (MS-CI) را در سطوح مولکولی و سلولی بررسی کرد. ضایعات MS-CA نشان‌دهنده اختلال بیشتر بیان ژن در OL، AS و سلول‌های میلوئیدی (MC) بودند و مسیرهای مرتبط با التهاب، بازسازی بافت و استرس را شامل می‌شدند. در مقابل، ضایعات MS-CI دارای OLهایی بودند که ژن‌های مرتبط با تنظیم چربی و بازسازی بافت را بیان می‌کردند، درحالی‌که AS در ضایعات MS-CI فعالیت تشکیل اسکار را نشان می‌داد.

سلول‌های میلوئیدی (MCs) در ضایعات MS-CA با التهاب مرتبط بودند، درحالی‌که آن‌ها در ضایعات MS-CI در نگهداری بافت نقش داشتند. نواحی ضایعه مانند حاشیه و هسته ضایعه دارای پروفایل‌های بیانی متمایز، با التهاب در MS-CA و مسیرهای یکپارچگی سلولی در MS-CI بودند.

علاوه بر این، پژوهشگران ۱۹۰ رویداد مهم CCC (ارتباط سلولی) متفاوت شناسایی کردند که عمدتاً شامل AS، MC  و OL بود. ضایعاتMS ، به‌ویژه MS-CA ، شبکه‌ها و تعاملات CCC تحت‌تأثیر ایمنی را نشان دادند؛ تعاملاتی مانند  HMGB1-CD163/TLR2 و  CD14-ITGB1 نیز در حاشیه ضایعه تأیید شد.

این تعاملات در نمونه‌های کنترل وجود نداشتند و نقش‌های کلیدی برای MC در پاتولوژی MS، به‌ویژه در التهاب و بازسازی بافت را نشان می‌دهند. به‌طورکلی، این تحلیل جامع بینش‌هایی درباره تفاوت‌های سلولی و مولکولی بین انواع ضایعات MS ارائه می‌دهد و مسیرهای سیگنال‌دهی بالقوه‌ای را که برای پیشرفت MS حیاتی هستند،  آشکار می‌کند.

جمع‌بندی

این مطالعه جدید که در مجله Nature Neuroscience  منتشر شده، به بررسی عمیق نواحی بافتی در بیماری مالتیپل اسکلروزیس (MS) می‌پردازد و با استفاده از تکنیک‌های پیشرفته رونویسی فضایی و توالی‌یابی RNA تک‌هسته‌ای، به شناسایی انواع سلول‌ها و تعاملات آن‌ها در ضایعات MS کمک می‌کند. پژوهشگران با تحلیل نمونه‌های بافتی، نیش‌های خاصی را شناسایی کردند که در پیشرفت بیماری نقش کلیدی دارند. این تحقیق نه‌تنها به درک بهتر از مکانیسم‌های مولکولی MS کمک می‌کند، بلکه می‌تواند به توسعه درمان‌های هدفمند برای این بیماری منجر شود. یافته‌های این مطالعه، افق‌های جدیدی را برای تحقیقات آینده در زمینه MS باز می‌کند و اهمیت بررسی دقیق‌تر نواحی آسیب‌دیده را نشان می‌دهد.