Одноклеточное секвенирование среднего мозга человека выявляет активацию глии и специфическое для болезни Паркинсона состояние нейронов

Идиопатическая болезнь Паркинсона характеризуется прогрессирующей утратой дофаминергических нейронов, однако точная этиология заболевания по-прежнему во многом неизвестна. До настоящего времени исследования болезни Паркинсона главным образом были сосредоточены на дофаминергических нейронах чёрной субстанции, хотя недавние работы указывают на наличие связанных с заболеванием изменений также в ненейрональных клетках и отделах среднего мозга за пределами чёрной субстанции. Несмотря на некоторые свидетельства участия глиальных клеток в патогенезе болезни Паркинсона, молекулярные механизмы этого процесса изучены недостаточно. Целью настоящего исследования было охарактеризовать вклад всех типов клеток среднего мозга в патологию болезни Паркинсона с помощью секвенирования РНК отдельных ядер и оценить клеточно-специфический риск болезни Паркинсона на основании последних данных полногеномных исследований ассоциаций. Мы проанализировали более 41 000 транскриптомов отдельных ядер посмертных образцов среднего мозга, полученных от шести пациентов с идиопатической болезнью Паркинсона и пяти контрольных лиц, сопоставимых по возрасту и полу. Для подтверждения результатов с учётом пространственного расположения клеток мы провели иммунологическое мечение тех же образцов тканей. Кроме того, мы оценили обогащение вариантами риска болезни Паркинсона генов с клеточно-специфическими профилями экспрессии. Мы выявили кластер нейронов, характеризующийся повышенной экспрессией CADPS2 и низким уровнем TH; он присутствовал исключительно в среднем мозге пациентов с идиопатической болезнью Паркинсона. Результаты валидационного анализа нейронов, выделенных методом лазерной микродиссекции, позволяют предположить, что этот кластер представлен дисфункциональными дофаминергическими нейронами. Среди глиальных клеток мы наблюдали увеличение числа микроглиальных клеток в чёрной субстанции у пациентов с болезнью Паркинсона. Кроме того, микроглия чёрной субстанции при идиопатической болезни Паркинсона имела более амебоидную морфологию, что указывает на её активацию. Мы также обнаружили уменьшение числа олигодендроцитов при идиопатической болезни Паркинсона; сохранившиеся клетки характеризовались индуцированным стрессом повышением экспрессии S100B. Варианты генов, ассоциированные с риском болезни Паркинсона, были связаны с глиа- и нейрон-специфичными профилями экспрессии генов в образцах пациентов с идиопатической болезнью Паркинсона. Кроме того, астроциты и микроглия демонстрировали специфичные для идиопатической болезни Паркинсона пролиферацию клеток и нарушение регуляции генов, связанных с ответом на неправильно свернутые белки и передачей сигналов цитокинов. Реактивные астроциты пациентов характеризовались повышенной экспрессией CD44, тогда как микроглия при идиопатической болезни Паркинсона демонстрировала провоспалительную траекторию с повышенными уровнями IL1B, GPNMB и HSP90AA1. Таким образом, мы создали первый набор данных секвенирования РНК отдельных ядер среднего мозга при идиопатической болезни Паркинсона. Он выявил специфичный для заболевания кластер нейронов, а также активацию глии в целом как центральный механизм патогенеза этого двигательного расстройства. Полученные результаты обосновывают необходимость дальнейшего изучения воспалительной передачи сигналов и иммуномодулирующей терапии при болезни Паркинсона.