Oamenii de știință descoperă cum riscul genetic pentru alcoolism modifică comportamentul celulelor creierului

Un nou studiu publicat de cercetătorii implicați în Collaborative Study on the Genetics of Alcoholism (COGA) oferă indicii despre cum susceptibilitatea genetică pentru tulburarea legată de consumul de alcool (TCA) poate influența reacția și funcționarea celulelor microgliale în prezența alcoolului. Prin folosirea scorurilor de risc poligenic (SRP) - care sumarizează impactul combinat al multor variante genetice - autorii au arătat că microglia derivată din celule stem pluripotente umane de la indivizi cu SRP înalt pentru TCA prezintă răspunsuri mai accentuate la etanol și modificări specifice ale expresiei genice față de microglia de la indivizi cu SRP scăzut.

Context și obiective

• Tulburarea legată de consumul de alcool (TCA) este un fenomen cu determinare atât ambientală, cât și genetică (circa 50% din variația riscului este atribuită factorilor genetici).
• Scorul de risc poligenic reprezintă un indice care sumarizează sute/mii de variante genetice asociate cu susceptibilitatea la o anumită boală, în acest caz TCA.
• Microglia sunt celulele imune rezidente din creier, esențiale pentru reglarea inflamației, fagocitoză și interacțiuni cu neuronii (sinaptic pruning).
• Studiile pe animale au indicat că alcoolul activează microglia și poate induce răspunsuri inflamatorii în creier, însă microglia umană diferă considerabil de cea a rozătoarelor.
• Obiectivul principal: să se investigheze dacă și cum microglia derivată din subiecți cu SRP înalt pentru TCA răspunde diferit la expunerea la alcool comparativ cu microglia de la subiecți cu SRP scăzut.

Metodologie

1. Selecția subiecților: Au fost alese 18 linii de celule stem pluripotente induse de la participanți la studiul COGA: 8 proveneau de la persoane cu TCA și SRP > 75% (denumite SRP înalt), iar 10 de la indivizi fără TCA și SRP < 25% (SRP scăzut).
2. Generarea microgliei umane in vitro: Fiecare linie de celule stem pluripotente a fost diferențiată succesiv în progenitori de tip macrofag, apoi în microglie matură, validată prin markeri microgliali specifici (ex. IBA1, P2Y12, CX3CR1, TMEM119).
3. Tratament cu alcool: Microglia a fost supusă unei expuneri intermitente la etanol (20 mM și 75 mM) timp de 7 zile, pentru a simula în vitro efectele consumului de alcool.
4. Analize:

• Analiza expresiei genice (bulk RNA-seq) pentru a detecta gene și căi reglate diferențiat de SRP și/sau de etanol.
• Investigații morfologice (fractal dimension, circularitate) pentru a evalua activarea microgliei.
• Teste de fagocitoză cu pHrodo-zymosan și sinaptoneurosomi umani marcați, pentru a măsura abilitatea de a „înghiți” și descompune materiale.  
• Co-culturi cu neuroni umani (Ngn2-induși) pentru a vedea influența microgliei asupra sinapselor și transmisiei sinaptice excitatorii.

Rezultate

Diferențe de expresie genică la microglia SRP înalt vs. SRP scăzut

• Chiar fără alcool, microglia cu SRP înalt prezintă expresie crescută pentru gene implicate în diviziunea celulară (separarea cromozomilor) și expresie scăzută pentru gene din calea antigen-procesare și MHC II.
• După expunerea la etanol, ambele categorii au sute de gene modificate, dar microglia SRP înalt arată activare mai puternică a genelor ce țin de fagocitoză și prezentare antigenă (ex. MHC II).

Modificări morfologice și de activare

• Expunerea la alcool determină creșterea markerului CD68 (indicator de activare microglială) în ambele grupuri, însă schimbările de formă (amoeboid vs. ramificat) sunt mai pronunțate la microglia SRP înalt.
• Microglia SRP înalt devine mai rotundă (circularitate crescută) și reduce procesarea ramificată semnificativ sub 75 mM etanol.

Fagocitoză sporită în SRP înalt după alcool

• Multe gene asociate cu fagocitoza și cu CLEC7A (o lectină de tip C implicată în recunoașterea și ingerarea particulelor de tip zymosan) sunt up-regulate doar în microglia SRP înalt.
• Într-un test cu particule zymosan colorate pH-sensibil, microglia SRP înalt prezintă creștere marcată a abilității de a înghiți particule după expunere la 75 mM etanol, spre deosebire de microglia SRP scăzut.
• Fenomen similar pentru sinaptoneurosome umane: microglia SRP înalt arată fagocitoză mai intensă a componentelor sinaptice.

Impactul asupra neuronilor

• În co-culturi cu neuroni umani, expunerea la etanol crește densitatea sinapselor și a frecvenței mini-EPSCs, însă acest efect este atenuat când neuronii sunt cocultivați cu microglie SRP înalt (și nu cu SRP scăzut).
• Sugerează că microglia SRP înalt, prin sinapse pruning extins, împiedică acumularea de sinapse sub alcool și reduce excitabilitatea sinaptică.

Interpretare și implicații

1. Interacțiunea etanol - factori genetici: Rezultatele confirmă că microglia provenită de la indivizi cu risc genetic ridicat (SRP mare) reacționează diferit la alcool, având tendință mai mare de activare și fagocitoză. Acest lucru poate contribui la disfuncția neuronală asociată cu TCA.
2. CLEC7A drept marker cheie: Expresia crescută a CLEC7A în contextul SRP înalt și alcool sugerează că receptorii lectinici pot juca rol major în etapele de eliminare sinaptică, potențial legat de degradări cognitive și menținerea comportamentelor de dependență.
3. Dezvoltarea TCA: Deși studiul nu abordează direct comportamentul de consum de alcool, el oferă o perspectivă mecanistică la nivel celular, susținând că genetica microgliei (sumarizată de SRP) ar putea accentua răspunsurile inflamatorii și pruning sinaptic, predispunând la vulnerabilități în circuitul neuronal.
4. Posibile direcții terapeutice:

• Inhibarea unor receptori microgliali sau a căilor de fagocitoză/activare ar putea reduce efectele neurotoxice ale consumului excesiv de alcool.
• Strategii de reglare epigenetică sau blocarea CLEC7A ar putea fi investigate ca potențiale intervenții.

5. Limitări: Studiul folosește un model 2D, nu reflectă perfect etapele îndelungate de consum și nu integrează factorii de mediu reali. Totuși, indică clar un rol critic al fundalului genetic (SRP) în reacția microgliei la alcool.

Concluzie

Acest studiu evidențiază pentru prima dată mecanisme celulare distincte în microglia umană derivată din celule stem pluripotente, atunci când există un risc poligenic ridicat pentru TCA. Când sunt expuse la alcool, microglia SRP înalt demonstrează un răspuns accentuat, care include fagocitoză sporită (inclusiv a elementelor sinaptice) și reglarea unor gene cheie (CLEC7A). Aceste fenomene pot duce la schimbări mai dramatice în sinapse și neurotransmisie. Prin urmare, combinarea factorilor genetici rezumați în SRP cu consumul de alcool ar putea amplifica vulnerabilitățile în circuitele neuronale, intensificând riscul și severitatea TCA.