መርዛማ tauን ከኒውሮኖች የሚያወጣ ጂን በአንድ ጊዜ ያጸዳዋል እና እንዲሰራጭም ያግዛል

የኒውሮን የtau ማጓጓዣ መኪና ሁለት ፊት

በአልዛይመር’s በሽታ ውስጥ tau የተባለው ፕሮቲን በአንድ ቦታ አይቀመጥም። በታመመ ኒውሮን ውስጥ ቅርጹን ያጣና ወደ ጥቅል ይሰበሰባል፤ ከዚያ ጉዳቱ እንዴት እንደሆነ ወደ ቀጣዩ ኒውሮን፣ ከዚያም ወደ ቀጣዩ ይዘላል፣ በአንጎል ውስጥም የማስታወስና የአስተሳሰብ እየተዳከመ ከሚሄደው ጋር የሚስማማ ንድፍ በመከተል ይሰራጫል። ለዓመታት መሰራጨቱ ግልጽ ነበር፣ ዘዴው ግን ጨለማ ነበር፤ tau ከአንድ ሕዋስ እንዴት ይወጣል እና ወደ ሌላ እንዴት ይገባል?

በሴል የታተመ ጥናት የመልሱን አስደናቂ ክፍል ያቀርባል፣ እና በእውነት ያልተጠበቀ ጥምዝም አለው። Tauን ከኒውሮኖች የሚያወጣው አጃቢ Arc መሆኑ ተገኘ — እንደ ተለመደ ፕሮቲን ከመሥራት ይልቅ እንደ ቤት ውስጥ የተገራ ቫይረስ የሚሠራ ጂን፣ በአንጎል ሕዋሶች መካከል ጭነት የሚያጓጉዙ ባዶ capsids ይፈጥራል። በUniversity of Utah የJason Shepherd ቡድን የመራው ምርምር፣ Arc tauን በቀጥታ እንደሚይዝና ኒውሮኖች ወደ ውጭ በሚለቁት extracellular vesicles፣ ትንንሽ የmembrane አረፋዎች፣ ውስጥ እንደሚጠቅለው ያሳያል። Arc ሲጠፋ ደግሞ tau ከሕዋስ ወደ ሕዋስ መሰራጨቱ ሊቆም ይቀርባል።

ጥምዙ ይህን ቀላል “ክፉ ተዋናይ” ታሪክ እንዳይሆን ያደርገዋል። Tauን ወደ ጤናማ ጎረቤቶች የሚያሰራጨው ተመሳሳይ መጠቅለል፣ መጠቅለያውን ከሚያደርገው ኒውሮን ውስጥ መርዛማ tauን ያጸዳል። Arc ቀላል አጥፊ አይደለም፤ መንገዱ አንድ ሕዋስን የሚረዳና ቀጣዩን የሚጎዳ የማጓጓዣ መኪና ነው።

ተመራማሪዎቹ ምን አደረጉ?

ሥራው ብዙ ዓይነት ማስረጃዎችን አንድ ላይ ያደርጋል፣ እያንዳንዱም ምን ያህል ርቀት ሊደርስ እንደሚችል የራሱ ገደብ አለው።

• በባህል ውስጥ በተዳበሩ ኒውሮኖች። መደበኛ ኒውሮኖችን Arc ከሌላቸው ኒውሮኖች (Arc knockout) ጋር አነጻጸሩ እና በextracellular vesicles ውስጥ ምን ያህል tau እንደወጣ ለኩ። Arcን ብቻውን ወይም ከአጋር ፕሮቲን ጋር እንደገና መጨመር የtau መለቀቅን እንደሚቀይርም ፈተኑ።

• በአይጦች። የtauopathy — አልዛይመር’sን ጨምሮ tau ፕሮቲን ቅርጹን የሚያጣና በአንጎል ውስጥ የሚከማችበት የበሽታዎች ቤተሰብ — ታዋቂ ሞዴል የሆኑትን rTg4510 mice ተጠቀሙ። እነዚህ አይጦች mutant (P301L) የሰው tauን ከመጠን በላይ እንዲያመነጩ የተሻሻሉ ናቸው፣ ከArc-knockout አይጦች ጋርም አስተላለፉአቸው። ከዚያ ከአንጎል ቲሹ vesiclesን አጠሩ እና ምን ያህል tau እንደያዙ፣ እንዲሁም ያ tau አዲስ መሰባሰብን “seed” ማድረግ እንደሚችል ጠየቁ።

• በseeding assay። Vesicles በreporter ሴሎች (በምህንድስና የተሠሩ “biosensor” ሕዋሶች) ላይ ተጨመሩ። Tau ሲሰባሰብ እነዚህ ሕዋሶች በfluorescence ምልክት “ይበራሉ”፣ ይህም በvesicle የተጓጓዘው tau አዲስ መሰባሰብን ምን ያህል በጠንካራ ሁኔታ seed እንዳደረገ ያሳያል።

• በሰው የአንጎል ቲሹ። አልዛይመር’s ከሌላቸው ስድስት ሰዎችና ከከፍተኛ (Braak stage six) ደረጃ በሽታ ያላቸው ስድስት ሰዎች ከሞቱ በኋላ የተወሰደ prefrontal ኮርቴክስ መርምረዋል፣ Arc እና phosphorylated tau በአንጎል vesicles ውስጥ አብረው እንደሚጓዙ በመመልከት። ይህ ንጽጽር የተቻለው ለምርምር የአንጎል ቲሹ እንዲገኝ ለፈቀዱት ለጋሾችና ቤተሰቦቻቸው ምስጋና ነው፣ አልዛይመር’s ያልነበራቸው ሰዎችም አስፈላጊውን የንጽጽር ቡድን ሰጥተዋል።

• በሞለኪውላዊ ዝርዝር። የተጣሩ ፕሮቲኖችንና all-atom ማስመሰያዎችን በመጠቀም Arc በአካል tauን እንደሚይዝ፣ እና እንዴት እንደሚያደርገው ፈተኑ።

ምን አገኙ?

• Arc tauን ወደ vesicles ለመጫን ወሳኝ ነው። በኒውሮኖች ውስጥ Arcን knockout ሲያደርጉ፣ ኒውሮኖቹ vesiclesን በመደበኛ ሁኔታ ማምረታቸውን ቢቀጥሉም፣ በvesicles ውስጥ ያለው tau በጣም ይቀንሳል። በአይጦቹም Arc ከሌላቸው እንስሳት የተገኙ የአንጎል vesicles እጅግ ያነሰ የሰው tau ይዘው ነበር — Arc አለመኖሩ ጠቅላላ vesicle ምርትን ስላልቀነሰ፣ ጉዳዩ ስለ መጠቅለል ነው፣ ስለ መስመሩ መዘጋት አይደለም።

• Arc የሚጠቅለው tau seed-competent ነው — Arc ሲጠፋ ይህ ችሎታ ይደክማል። ከtau አይጦች የተገኙ vesicles በreporter ሴሎች ውስጥ tau መሰባሰብን አስነሱ፤ ከArc-knockout tau አይጦች የተገኙ vesicles ግን በጣም ትንሽ አስነሱ። ደራሲዎቹ በሚጠቀሙት ቃል፣ ከArc ውጭ የtau ከሕዋስ ወደ ሕዋስ ስርጭት “almost absent” ነበር።

• Arc tauን በቀጥታ ይይዛል፣ phosphorylated formንም ይመርጣል። የተጣራ Arc ከtau ጋር በቀጥታና በተወሰነ ግንኙነት ተያዘ — tau phosphorylated ሲሆን፣ ማለትም በበሽታ ውስጥ በtau ላይ በማይመጣጠን ሁኔታ የሚከማቹ ተጨማሪ phosphate ኬሚካላዊ ምልክቶችን ሲይዝ፣ ይበልጥ ጠንካራ ተያዘ። ማስመሰያዎችም ግትር መቆለፊያ ሳይሆን ላላና የሚቀያየር (“fuzzy”) ውስብስብ ይገልጻሉ።

• በሰው አልዛይመር’s የአንጎል vesicles ውስጥ Arc ከታመመ tau ጋር አብሮ ይንቀሳቀሳል። በአልዛይመር’s ናሙናዎች መካከል Arc ደረጃና phosphorylated-tau ደረጃ አብረው ከፍና ዝቅ አሉ (ተዛማጅነት coefficient 0.89፣ p-value 0.01)። ከአንድ የከፍተኛ አልዛይመር’s (Braak stage six) አንጎል የተገኙ vesicles በimmunogold ኤሌክትሮን-microscopy ምስሎች፣ ጥቂት በመቶዎች ብቻ Arcና tauን ሁለቱንም ይዘው ነበር — ትልቁ የtau ምልክቶች vesiclesን በደንብ ስለማይገቡ ይህ ምናልባት ከእውነተኛው በታች የሆነ ግምት ነው።

• ያልተጠበቀው፦ Arcን ማጣት ኒውሮኖችን ይበልጥ ጎዳቸው፣ አልረዳቸውም። Arc tauን ወደ ውጭ ስለሚልክ፣ እሱን ማስወገድ ብዙ tau በውስጥ ተይዞ እንዲቀር አደረገ። Arc-knockout tau አይጦች በኒውሮኖቻቸው ውስጥ ይበልጥ ብዙ tau አከማቹ እና ቀደም ባለ ደረጃ በሕዋስ ሞት መጠነኛ ጭማሪ አሳዩ። Tau transgene በሌላቸው አይጦች ውስጥ Arcን ብቻውን ማጥፋት እንዲህ ያለ ጉዳት አላመጣም — ስለዚህ ጉዳቱ tau ለመከማቸት በመኖሩ ላይ የተመሰረተ ነበር።

ይህ ምንን አያረጋግጥም?

የአልዛይመር’s ርዕሶች ከማስረጃው ፊት ለፊት መሮጥ ከሚወዱባቸው ዘርፎች መካከል ይህ በጣም ከፍተኛው አንዱ ስለሆነ፣ እዚህ ያሉት ድንበሮች አስፈላጊ ናቸው።

• ይህ የአልዛይመር’s ምክንያት አይደለም። በበሽታው ዙሪያ በጣም ትልቅና አሁንም ያልተጠናቀቀ ታሪክ ውስጥ አንድ ደረጃ — tau ከኒውሮኖች በvesicles እንዴት እንደሚወጣ — የሚገልጽ ዘዴ ነው። Tau መሰራጨት የአልዛይመር’s አንድ ባህሪ ነው፣ መነሻው አይደለም፤ tauም ከamyloid፣ inflammation እና ሌሎች ጋር መድረኩን ይጋራል።

• ሕክምና አይደለም፣ እና ወደ አንድ ግልጽ ሕክምና አይጠቁምም። ግልጽ የሚመስለው “ዘዴውን በመድኃኒት እንዝጋ” እርምጃ — Arcን መከልከል — በትክክል ሁለት-ፊት ያለው ውጤት የሚያስጠነቅቀው ነው፤ በእነዚህ አይጦች ኒውሮኖች ብዙ መርዛማ tau ይዘው እንዲቀሩ አድርጓል። እዚህ ያለ ማንኛውም የሕክምና ሐሳብ “Arcን አጥፋ” ከሚለው በጣም ውስብስብ ነው፣ በወረቀቱም ምንም ሕክምና አልተፈተነም።

• የአይጥ ውጤቶቹ ከtau-overexpression ሞዴል የመጡ ናቸው፣ ከተፈጥሯዊ በሽታ አይደሉም። rTg4510 አይጦች ኒውሮኖቻቸውን mutant የሰው tau በከፍተኛ መጠን እንዲሞላ የተሠሩ ናቸው። የtau ስርጭትን ለማጥናት ጠንካራና መደበኛ መሣሪያ ናቸው፣ ነገር ግን በተሻሻለ ጂን የሚመራ tauopathyን ነው የሚያሳዩት፣ አብዛኞቹ ታካሚዎች ያላቸውን sporadic አልዛይመር’s አይደለም።

• የሰው ማስረጃው በትንሽ ናሙና ውስጥ ያለ ተዛማጅነት ነው። ከ12 ለጋሾች የተገኙ የአንጎል vesicles ውስጥ Arcና ታመመ tau አብረው መጓዛቸው ከአይጥ ዘዴው ጋር ይስማማል፣ ነገር ግን ብቻውን Arc በሰዎች ውስጥ tau ስርጭትን እንደሚነዳ አያሳይም። አልዛይመር’s በሌላቸው ናሙናዎች የታየው ተመሳሳይ ተዛማጅነት ስታቲስቲካዊ አስፈላጊነት አልደረሰም፣ እና በ12 አንጎሎች ላይ ተዛማጅነት መጀመሪያ ነጥብ ነው እንጂ ውሳኔ አይደለም።

• Vesicles የtau መለቀቅ ሙሉ ታሪክ አይደሉም። Tau እንደ ነጻ ፕሮቲንም ከኒውሮኖች ይወጣል እና ሌሎች መንገዶችም አሉ፤ ይህ ወረቀት የArc-vesicle መንገድ አስፈላጊ መሆኑን ጠንካራ ማስረጃ ይሰጣል፣ ብቸኛው መንገድ መሆኑን አይደለም።

ማስረጃው ምን ያህል ጠንካራ ነው?

ለዋናው ጥያቄ — Arc tauን ወደ vesicles እንደሚጠቅል እና ይህ ከሕዋስ ወደ ሕዋስ የtau ስርጭት አስፈላጊ እንደሆነ — ማስረጃው በብዙ ደረጃዎች የተደራረበና እርስ በርስ የሚያጠናክር ነው፤ ቀጥተኛ ፊዚካዊ ግንኙነት፣ በባህል ውስጥ ባሉ ኒውሮኖች የመጥፋት-of-function ውጤት፣ በአይጥ አንጎል vesicles ውስጥ ተመሳሳይ መቀነስ፣ ተግባራዊ seeding readout እና የሚደግፍ የሰው ተዛማጅነት። ዘዴው በአንድ ሙከራ ላይ ብቻ አይቆምም፣ “packaging እንጂ vesicle production አይደለም” የሚለው ቁጥጥርም ትርጓሜውን ይበልጥ ግልጽ የሚያደርግ ዓይነት ፍተሻ ነው።

ደካማው ክፍል ውጤቱ ምን ያህል ርቀት ሊደርስ እንደሚችል ነው፣ እና ደራሲዎቹ ከርዕስ ይልቅ ይበልጥ ጥንቃቄ ያሳያሉ። ጠንካራዎቹ ግንኙነቶች በተሻሻሉ አይጦችና በሴል cultures ውስጥ ናቸው፤ የሰው መረጃ ትንሽና correlational ነው፤ ዘዴው ሁለት ፊት ስላለው የሕክምና ትርጉሙ በእውነት አሻሚ ነው። ትክክለኛው የእምነት መጠን፣ በእነዚህ ሥርዓቶች ውስጥ Arc በvesicle የተሸከመ tau መለቀቅ ላይ አስፈላጊ መሆኑ ላይ ከፍተኛ፣ “የአልዛይመር’s ምክንያት” ወይም “ለማከም መንገድ” ወደሚለው ዝላይ ላይ ዝቅተኛ ነው።

አንድ disclosure በመዝገቡ ላይ መኖር አለበት፤ የወረቀቱ corresponding author ከዚህ ዘዴ ጋር የተያያዙ የንግድ ጥቅሞችን አስታውቋል — የአንድ ኩባንያ co-founder ነው፣ እና የArc capsidsን የሚሸፍኑ የአእምሯዊ ንብረትና patents ፈቃድ የሚሰጥ ሌላ ኩባንያ ውስጥ አክሲዮን አለው እና consultant ነው።

ለምን አስፈላጊ ነው?

Tau መሰራጨት አልዛይመር’s እንዴት እንደሚገፋ ዋና አሽከርካሪ ከሆነ፣ tau ከኒውሮኖች ለመውጣት የሚጠቀምባቸውን በሮች መረዳት አንድ ቀን ስርጭቱን ለማዘግየት ቅድመ ሁኔታ ነው። Arcን ከእነዚያ በሮች አንዱ ብሎ መለየት — እና ያልተጠበቀው፣ ኒውሮኖች መርዛማ tauን እንዲጥሉ የሚረዳ በር መሆኑ — የችግሩን አንድ ክፍል እንደገና ያቀርባል። በvesicle release ላይ የሚያነጣጥሩ anti-tau strategies ንጹሕ ዒላማ ሳይሆን ንግድ-ልውውጥ እንዳለ መጋፈጥ እንደሚኖርባቸው ይጠቁማል፤ መላኩን ብታቆሙ ጎረቤቶቹን ልታድኑ ትችላላችሁ፣ ምንጩን ሕዋስ ግን ልትመርዙ ትችላላችሁ።

በneuroscience ውስጥ ያለ እንግዳና እየጨመረ ያለ ጭብጥንም ያጠናክራል፤ አንጎላችን ከጥንታዊ ቫይረስ የወረሰውን ጂን እንደገና ተጠቅሞ በማስታወስና በneurodegeneration መካከል አስቀምጦታል፣ በኒውሮኖች መካከል ጭነት ለጥሩም ለመጥፎም ያጓጉዛል። ይህ በመረዳት ውስጥ እውነተኛ እድገት ነው — እና በትክክል ቀደም ያለና ሁለት-ፊት ያለ ስለሆነ፣ ለማንም ፈውስ ለመስጠት ቃል ለመግባት ደካማ መሠረት ነው።

ንጹህ ማጠቃለያ

ተመራማሪዎች Arc፣ ከቫይረስ-መሰል የጄኔቲክ አካል የወረደ የኒውሮን ጂን፣ tauን በቀጥታ እንደሚይዝና ኒውሮኖች ወደ ውጭ በሚለቁት extracellular vesicles ውስጥ እንደሚጠቅለው አገኙ። በባህል ውስጥ ባሉ ሕዋሶችና በtau-ሞዴል አይጦች፣ Arcን ማስወገድ በአንጎል vesicles ውስጥ ያለውን seed-competent tau በጣም ቀነሰ እና tau ከሕዋስ ወደ ሕዋስ መተላለፉን ሊያጠፋ ቀረበ፤ ከሞቱ በኋላ በተወሰዱ የአልዛይመር’s አንጎሎች ውስጥ Arc ደረጃ ከphosphorylated tau ጋር በvesicles ውስጥ ተዛመደ። ያልተጠበቀው ግኝት፣ ይህ መጠቅለል ሁለት ፊት ያለው መሆኑ ነው፤ ከአንድ ኒውሮን መርዛማ tauን ያስወጣል፣ በተመሳሳይ ጊዜ seed ወደ ሌሎች ያሰራጫል። ስለዚህ Arc የሌላቸው አይጦች በኒውሮኖቻቸው ውስጥ ይበልጥ ብዙ tau አከማቹ እና ቀደም ባለ ደረጃ በሕዋስ ሞት መጠነኛ ጭማሪ አሳዩ። ሥራው tau ከኒውሮኖች እንዴት እንደሚወጣ የሚገልጽ ዘዴ ያስቀምጣል፣ በዋናነት በተሻሻሉ አይጦችና ሕዋሶች የተረጋገጠ ሲሆን የሰው ተዛማጅነት ይደግፈዋል። የአልዛይመር’s ምክንያት አይደለም፣ ሕክምና አይደለም፣ Arcን መከልከል የአይጥ ኒውሮኖችን ስላባባሰ ቀላል የመድኃኒት ዒላማም አይደለም።

ያለ ማጋነን ፍተሻ

ወረቀቱ የሚያሳየው፦ በባህል ውስጥ ባሉ ኒውሮኖችና በtau-ሞዴል አይጦች፣ Arc የተባለው ጂን seed-competent tauን ወደ extracellular vesicles ለመጠቅለልና tauን በሕዋሶች መካከል ለማስተላለፍ ወሳኝ ነው፤ Arc tauን በቀጥታ ይይዛል፤ እና በሰው አልዛይመር’s የአንጎል vesicles ውስጥ የArc ደረጃ ከphosphorylated tau ጋር ይዛመዳል።

ሊሆን የሚችል ግን ያልተረጋገጠ፦ የArc-vesicle መንገድ በእውነተኛ የሰው አልዛይመር’s በሽታ ውስጥ የtau ስርጭት ዋና መንገድ መሆኑ። የሰው መረጃ ከዚህ ጋር ይስማማል፣ ነገር ግን correlational እና የተገደበ ነው።

የማያሳየው፦ Arc አልዛይመር’sን እንደሚያስከትል፤ Arcን መከልከል በሽታውን እንደሚያክም (በእነዚህ አይጦች ካየነው ግን ተቃራኒው ይበልጥ ይመስላል)፤ vesicles ብቻ የtau መሰራጫ መንገድ እንደሆኑ፤ ወይም በtau-overexpressing mice የተገኙ ውጤቶች በቀጥታ ወደ sporadic ሰው በሽታ እንደሚተላለፉ።

ዋና ገደቦች፦ የአይጥ ሞዴሎች mutant የሰው tauን ከመጠን በላይ ያመነጫሉ፤ የሰው ናሙና 12 ከሞቱ በኋላ የተወሰዱ አንጎሎች ብቻ ነው እና readout-ው correlational ነው (በcontrols ውስጥ ያለው ተዛማጅነት ስታቲስቲካዊ አስፈላጊነት አልደረሰም)፤ ምንም ሕክምና አልተፈተነም፤ እና ዘዴው ሁለት-ፊት መሆኑ ማንኛውንም intervention ውስብስብ ያደርገዋል።

አጠቃላይ አንባቢ ምን ያህል እምነት ሊኖረው ይገባል? Arc tauን ወደ vesicles እንደሚጠቅል እና በእነዚህ ሥርዓቶች የtau መለቀቅ ላይ አስፈላጊ መሆኑ ላይ ከፍተኛ እምነት። አልዛይመር’sን ለማከም ወይም ምክንያቱን ለማብራራት የሚደረግ ማንኛውም ጥያቄ ላይ ዝቅተኛ እምነት።