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Aug 03, 2023

Las células endoteliales del cerebro son diversas, perturbadas por el amiloide

28 de marzo de 2023 Las células endoteliales se han pasado relativamente por alto en la mayoría de los estudios de

28 de marzo de 2023

Las células endoteliales se han pasado relativamente por alto en la mayoría de los estudios de expresión génica de una sola célula en el cerebro. Ahora, los investigadores dirigidos por Rachel Bennett en el Hospital General de Massachusetts, Charlestown, buscan remediar eso. En una preimpresión publicada en bioRXiv el 16 de febrero, describen un estudio de ARN-Seq de un solo núcleo de células endoteliales de cinco regiones corticales del cerebro humano post mórtem. Las células mostraron distintas especializaciones regionales en tejido cerebral sano. En presencia de patología de EA, las células cambiaron drásticamente, con aproximadamente el 10 por ciento de sus genes activados o suprimidos. En particular, las placas de amiloide indujeron una respuesta diferente a la de la angiopatía amiloide cerebral (CAA). Los hallazgos pueden ayudar a explicar las vulnerabilidades regionales y podrían guiar futuros estudios sobre la contribución vascular a la enfermedad, sugirieron los autores.

Andrew Yang, de la Universidad de California en San Francisco, elogió el rigor del trabajo y señaló que es uno de los primeros estudios de expresión de una sola célula de EA que examina múltiples regiones del cerebro. "También es uno de los primeros estudios en conectar los cambios moleculares en las células endoteliales del cerebro humano con la patología... Esto proporciona un contexto perspicaz de lo que podrían significar estos cambios", escribió Yang a Alzforum (comentario completo a continuación).

En los últimos años se han realizado una serie de estudios de ARN-Seq de un solo núcleo del cerebro con EA, pero las células endoteliales generalmente constituyen solo una pequeña fracción de las aisladas (noticias de mayo de 2019; noticias de noviembre de 2019). Una mirada más cercana a casi 4000 células endoteliales encontró numerosos cambios en el cerebro con EA, en particular un impulso en los genes que controlan la angiogénesis y la presentación de antígenos (noticias de octubre de 2020). Mientras tanto, Yang, mientras estaba en el laboratorio de Tony Wyss-Coray en la Universidad de Stanford, aisló más de 36 000 células endoteliales y delineó cómo cambiaba su expresión génica según el tipo de vaso sanguíneo que habitaban: arteria, vena o capilar (noticias de mayo de 2021).

Firmas únicas . En el cerebro con enfermedad de Alzheimer, la regulación positiva (rosa) y negativa (azul) de los genes de las células endoteliales varía según la región. La expresión cambió más en la corteza visual primaria (V1) y la corteza de asociación visual (V2), con menos genes afectados en la corteza prefrontal (PFC), la circunvolución temporal interior (ITG) y la corteza entorrinal (EC). [Cortesía de Bryant et al., 2023 bioRXiv.]

No obstante, nadie había perfilado sistemáticamente la variación regional de las células endoteliales en el cerebro humano. La primera autora, Annie Bryant, se encargó de esto y aisló un total de 51.586 células endoteliales de cinco regiones corticales de 32 cerebros post mortem. Dieciséis de los cerebros tenían patología de Alzheimer en el estadio III de Braak o superior, cinco tenían patología intermedia en el estadio II de Braak y 11 estaban libres de patología, es decir, estadio I o 0 de Braak. Todos los donantes tenían 60 años o más en el momento de la muerte. .

El RNA-Seq de un solo núcleo de las células endoteliales de los 11 cerebros sanos reveló distintas diferencias regionales, con expresión de 200 a 400 genes que varían según la ubicación. En la corteza entorrinal, los genes para la producción de citocinas y la respuesta al estrés oxidativo aumentaron en comparación con otras regiones, mientras que en la circunvolución temporal inferior, los genes asociados con la migración, la axonogénesis y la señalización de Wnt se silenciaron. La corteza prefrontal se caracterizó por genes para la organización de microtúbulos y la modificación de histonas, la corteza de asociación visual por genes de traducción y vasculogénesis, y la corteza visual por respuesta viral y angiogénesis. "No todas las regiones corticales son equivalentes y muestran diferencias clave al inicio del cerebro envejecido", anotaron los autores.

Estas diferencias regionales quedaron eclipsadas por las del cerebro con AD. Allí, las células endoteliales detectaron unos 1000 genes y suprimieron otros 1000. Muchos de los genes elevados están relacionados con respuestas inflamatorias o compensatorias, como la producción de citocinas, el plegamiento de proteínas y el mantenimiento de la barrera hematoencefálica; muchos de los genes suprimidos implicaban el metabolismo de lípidos y glicoproteínas. Nuevamente, las células endoteliales mostraron diferencias regionales. Sorprendentemente, las primeras regiones de Braak, como la corteza entorrinal, tuvieron menos cambios que las regiones posteriores, como la corteza visual.

Al analizar los datos por etapa de la enfermedad, los autores encontraron diferentes patrones de cambio, con algunos genes que tenían una expresión más alta cuanto más avanzada era la patología de EA, y otros más bajos. Algunos genes aparecían o disminuían en presencia de una patología intermedia, pero volvían a la expresión inicial en cerebros con una enfermedad más avanzada.

Además, los autores identificaron distintos conjuntos de genes afectados por la placa amiloide cercana frente a CAA. De los 89 genes relacionados con la carga de placa, muchos estaban involucrados en el metabolismo, el transporte endosómico o la inhibición de la apoptosis. De los 37 genes vinculados a CAA, muchos estaban vinculados a vías biológicas que regulan la producción de Aβ, la homeostasis del hierro y el transporte a través de la barrera hematoencefálica. Curiosamente, la expresión del gen endotelial no se asoció con la otra característica de la patología del Alzheimer, la tau fosforilada.

Axel Montagne y Nela Fialova, de la Universidad de Edimburgo, sugirieron que los estudios adicionales analicen también las células endoteliales en la sustancia blanca, ya que las lesiones allí se han relacionado con la EA. "Dada la importancia de la contribución vascular y la manifestación de la patología específica de la región en la EA, determinar los cambios transcriptómicos de las células endoteliales es de suma importancia para ampliar nuestra comprensión de los mecanismos subyacentes", escribieron.

Yang señaló que el conjunto de datos de Bennett podría apuntar hacia biomarcadores de enfermedades regionales o objetivos prometedores para la administración de fármacos al cerebro. "Al igual que con todos estos estudios, todavía es difícil saber qué cambios en la expresión génica son protectores y patológicos... pero este rico conjunto de datos sienta las bases para los estudios funcionales", escribió.—Madolyn Bowman Rogers

Este es un estudio importante y completo del Laboratorio Bennett que ilustra la diversidad de las células endoteliales en las regiones del cerebro humano y la complejidad de su respuesta a la patología de la EA. Es uno de los primeros estudios de una sola célula que tiene una visión más amplia de la complejidad del cerebro humano: aquí, espacialmente mediante el análisis de diferentes regiones corticales y la definición de las adaptaciones moleculares en las células endoteliales del cerebro humano que satisfacen las necesidades de cada región. Por lo tanto, va más allá de la mayoría de los estudios de células individuales de AD publicados, que analizan una región cortical bien definida (comúnmente, la corteza prefrontal dorsolateral).

Este trabajo plantea preguntas intrigantes sobre la disfunción vascular cerebral y si se sigue con la estadificación de Braak o sigue su propio patrón. En general, estos datos también podrían informar objetivos de administración de fármacos específicos de la región del cerebro, o mejores biomarcadores en enfermedades que exhiben patrones de estadificación de la región del cerebro distintos.

También es uno de los primeros estudios en conectar los cambios moleculares en las células endoteliales del cerebro humano con la patología, incluidas las placas amiloides, la angiopatía amiloide cerebral y la patología tau. Esto proporciona un contexto perspicaz de lo que estos cambios podrían significar.

Fue interesante ver menos cambios asociados con la EA en las células endoteliales en las regiones vulnerables del cerebro, como la corteza entorrinal, en comparación con otras regiones. Hay varias interpretaciones, y será importante investigarlas si queremos comprender el papel de las células endoteliales del cerebro en la vulnerabilidad de la región del cerebro. Del mismo modo, los modestos cambios endoteliales asociados con APOE4 deben estudiarse más a fondo, dados los informes anteriores que relacionan APOE4 con la disfunción endotelial (Bell et al., 2012; Rieker et al., 2019; Blanchard et al., 2020; Barisano et al., 2022). ; Yang et al., 2022). También valdría la pena investigar por qué casi no habría cambios transcriptómicos en las células endoteliales arteriales y venosas con patología.

Los estudios futuros podrían extenderse más allá de las regiones corticales del cerebro, incluir otros tipos diversos de células vasculares, como pericitos y macrófagos, y evaluar la vulnerabilidad de las células vasculares además de la desregulación de los genes.

Al igual que con la mayoría de los estudios de secuenciación, todavía es difícil saber qué cambios en la expresión génica son protectores versus patológicos, por ejemplo, los genes de proteostasis comúnmente regulados al alza. Aún así, este rico conjunto de datos sienta las bases para tales estudios funcionales.

Bell RD, Winkler EA, Singh I, Sagare AP, Deane R, Wu Z, Holtzman DM, Betsholtz C, Armulik A, Sallstrom J, Berk BC, Zlokovic BV. La apolipoproteína E controla la integridad cerebrovascular a través de la ciclofilina A . Naturaleza. 2012 24 de mayo; 485 (7399): 512-6. PubMed. Corrección.

Rieker C, Migliavacca E, Vaucher A, Baud G, Marquis J, Charpagne A, Hegde N, Guignard L, McLachlan M, Pooler AM. La expresión de apolipoproteína E4 provoca una ganancia de función tóxica en células endoteliales derivadas de células madre pluripotentes inducidas por humanos isogénicas . Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2019 sep;39(9):e195-e207. Epub 2019 18 de julio PubMed.

Blanchard JW, Bula M, Davila-Velderrain J, Akay LA, Zhu L, Frank A, Victor MB, Bonner JM, Mathys H, Lin YT, Ko T, Bennett DA, Cam HP, Kellis M, Tsai LH.Reconstrucción del La barrera hematoencefálica humana in vitro revela un mecanismo patogénico de APOE4 en pericitos . . . . Nat Med. 2020 junio; 26 (6): 952-9 Epub 2020 8 de junio PubMed. Corrección.

Barisano G, Kisler K, Wilkinson B, Nikolakopoulou AM, Sagare AP, Wang Y, Gilliam W, Huuskonen MT, Hung ST, Ichida JK, Gao F, Coba MP, Zlokovic BV.A análisis “multiómico” de sangre y cerebro barrera y disfunción sináptica en ratones APOE4 . J Exp Med. 7 de noviembre de 2022; 219(11) Epub 30 de agosto de 2022 PubMed.

Yang AC, Vest RT, Kern F, Lee DP, Agam M, Maat CA, Losada PM, Chen MB, Schaum N, Khoury N, Toland A, Calcuttawala K, Shin H, Pálovics R, Shin A, Wang EY, Luo J , Gate D, Schulz-Schaeffer WJ, Chu P, Siegenthaler JA, McNerney MW, Keller A, Wyss-Coray TA el atlas vascular del cerebro humano revela diversos mediadores del riesgo de Alzheimer . Naturaleza. 2022 marzo; 603 (7903): 885-892. Epub 2022 14 de febrero PubMed.

Este trabajo del laboratorio de Bennett exploró las diferencias específicas de la región en el transcriptoma de la célula endotelial en el envejecimiento normal y saludable y los cerebros con Alzheimer utilizando la secuenciación de ARNsn de varias regiones corticales. En los últimos años, varios estudios analizaron los cambios genéticos endoteliales utilizando el cerebro del ratón (He et al., 2018; Vanlandewijck et al., 2018) y también el cerebro humano (Lau et al., 2020; Yang et al., 2022) ; sin embargo, no se han investigado las diferencias regionales en múltiples áreas corticales. Curiosamente, los autores destacan que el 80,5 % de los núcleos endoteliales aislados procedían de los capilares, lo que refleja los hallazgos de que las células endoteliales capilares comprenden alrededor del 85 % de la barrera hematoencefálica (Montagne et al., 2017). Además, al comparar cerebros con EA y sin EA, se identificaron genes expresados ​​diferencialmente (DEG) de células endoteliales entre las áreas corticales. Los genes relacionados con la angiogénesis y la vasculogénesis se regularon positivamente en las cortezas visuales, mientras que los genes relacionados con el estrés oxidativo se expresaron más en la corteza entorrinal. Curiosamente, los genes relacionados con la familia de proteínas de choque térmico aumentaron uniformemente en todas las áreas corticales examinadas, independientemente de los agregados de proteínas Aβ o tau, lo que sugiere una susceptibilidad de todo el cerebro al estrés proteostático. Dada la importancia de la contribución vascular y de la manifestación de la patología específica de la región en la EA, determinar los cambios transcriptómicos de las células endoteliales es de suma importancia para ampliar nuestra comprensión de los mecanismos subyacentes.

Esta publicación identificó las células endoteliales de los cerebros con AD para mostrar una regulación positiva de los genes de plegamiento de proteínas y variaciones transcriptómicas de células endoteliales específicas en respuesta a la angiografía de amiloide cerebral (CAA) y las placas de Aβ. El objetivo del estudio fue centrarse en las áreas corticales para seguir el esquema de estadificación de acumulación de tau de Braak. Sin embargo, la investigación del transcriptoma de células endoteliales en áreas de materia blanca (WM) también sería ventajosa debido a las características patológicas tempranas de la EA asociadas con estas regiones cerebrales, incluidas las lesiones de WM y las alteraciones del flujo sanguíneo cerebral (Gaubert et al., 2021; Korte et al. ., 2020). Idealmente, también se habría utilizado RNA-Seq de una sola célula para acceder a las transcripciones citoplasmáticas, lo que proporcionaría más información sobre otras vías biológicas involucradas en la progresión de la EA, como el estrés del retículo endoplásmico (Ajoolabady et al., 2022; Lindholm et al. ., 2006). Por último, no se exploró la relación espacial entre los cambios moleculares de las células endoteliales y las placas Aβ/CAA, lo que limita nuestra comprensión de la distinta expresión genética endotelial a la acumulación de patología a lo largo del árbol vascular.

Este documento se suma al grupo de datos generado por publicaciones recientes de atlas vasculares del cerebro humano (Yang et al., 2022; Vanlandewijck et al., 2018). A diferencia de Yang et al. (2022) este estudio analiza específicamente las distintas regiones del cerebro en lugar de agrupar el tejido, lo que brinda más información sobre el aspecto espacial del traductor, lo que no se ha logrado hasta ahora. Parece que el único enfoque del artículo está en la firma genética de la célula endotelial, rozando ligeramente los genes compartidos por otros tipos de células, incluidos los astrocitos, la microglía, las neuronas y los oligodendrocitos. Sin embargo, las células endoteliales también están en una estrecha relación con los pericitos, que no recibieron mucha atención aquí, a diferencia de Yang et al., quienes identificaron dos tipos distintos de pericitos, los subtipos de transporte y de matriz, basados ​​en firmas genéticas. Además, se observó previamente la pérdida de núcleos vasculares cerebrales en varios tipos de células, incluidas las células endoteliales, las células del músculo liso y los pericitos, siendo los pericitos de la matriz particularmente vulnerables, lo que confirma una base molecular para la ruptura de la barrera hematoencefálica estructural (BBB). visto en la demencia (Montagne et al., 2015; Nation et al., 2019; Montagne et al., 2020). Cada vez hay más pruebas de disfunción temprana de BHE y pericitos en la EA y otras demencias que defienden la importancia de observar el pericitoma junto con el transcriptoma de células endoteliales (Barisano et al., 2022; Montagne et al., 2015; Procter et al., 2021). Curiosamente, el documento actual no observó/mencionó ningún cambio en el número de núcleos aislados de cerebros sanos de edad avanzada y con EA, en contraste con Yang y sus colaboradores. Se agradecería más discusión que vincule los cambios en la expresión génica de las células endoteliales regionales, especialmente en la corteza entorrinal, y las funciones BBB reales. Por ejemplo, mediante resonancia magnética de contraste se demostró que el lóbulo temporal medio parece sufrir una disfunción de la BBB primero con el envejecimiento (Montagne et al., 2015) y se acelera con la demencia (Nation et al., 2019; Montagne et al., 2020). ).

Recientemente, un atlas molecular de tipos de células y zonificación de la vasculatura cerebral en ratones identificó nuevos marcadores arteriovenosos cerebrales de células endoteliales, pero también de pericitos y células similares a fibroblastos (Vanlandewijck et al., 2018). La publicación actual identifica la proporción de arterias, capilares y venas dentro de las diversas áreas corticales, pero desafortunadamente no nos dice si esta proporción cambia con la DA, lo cual es necesario para la identificación de tratamientos más específicos. También sería ventajoso ver si hay alguna superposición entre el transcriptoma de células murales y endoteliales humanas y de ratón en relación con la segmentación arteriovenosa entre diferentes regiones del cerebro.

En general, este estudio confirma la importancia de investigar la zonación vascular. La vasculatura no es una entidad sino múltiples lechos vasculares a lo largo del eje arteriovenoso; Las células endoteliales del cerebro tienen firmas moleculares diferentes si observamos las arteriolas frente a los capilares frente a las vénulas, y también la zona de transición entre los lechos principales. Esto también es cierto para los pericitos muy estrechamente asociados, que se presentan con diferentes subtipos según su ubicación a lo largo del árbol arteriovenoso, incluidos los tipos envolventes, de hebra delgada y de malla que tienen diferentes roles, funciones y también firmas moleculares ( He et al., 2016; Vanlandewijck et al., 2018).

A pesar de que las células endoteliales y los pericitos están muy estrechamente asociados y el papel de los pericitos en la neurodegeneración es evidente, parece que este componente de la unidad neurogliovascular todavía se pasa por alto. Queda claro que es de suma importancia centrarse en profundidad en el transcriptoma de pericito, es decir, investigar a través de diferentes lechos vasculares, así como regiones del cerebro. Además, como se indicó anteriormente, debemos comenzar a evaluar el transcriptoma de las células endoteliales en otras regiones del cerebro, incluidas las regiones WM sanas y dañadas, que son un marcador de imagen predominante de la EA y la neurodegeneración. Y necesitamos relacionar las distintas firmas genéticas con la distribución espacial de amiloide y las respuestas inmunitarias. Por último, de acuerdo con los autores, se requieren estudios que analicen los cambios transcriptómicos de las células endoteliales y asociadas de la vasculatura en personas que tienen una probabilidad elevada de desarrollar EA (por ejemplo, portadores de APOE4) para descubrir el efecto de este alelo de riesgo en la enfermedad. desarrollo y progresión.

Ajoolabady A, Lindholm D, Ren J, Pratico D.ER estrés y UPR en la enfermedad de Alzheimer: mecanismos, patogénesis, tratamientos . Enfermedad de muerte celular. 15 de agosto de 2022; 13 (8): 706. PubMed.

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El cerebro humano está vascularizado por más de 400 millas de vasos sanguíneos especializados para satisfacer las vastas demandas metabólicas del sistema nervioso central, incluido el suministro de oxígeno y nutrientes, la eliminación de dióxido de carbono y productos de desecho, y el tráfico de células inmunitarias. Como estas demandas metabólicas varían en el espacio y el tiempo de acuerdo con la actividad neuronal, la vasculatura cerebral está dotada de una enorme diversidad estructural y funcional que sigue siendo mucho menos conocida que los sistemas vasculares periféricos. De hecho, conceptos como "neurovasculoma", que se refiere a las arterias, capilares, venas y vasos linfáticos que constituyen todo el suministro vascular al parénquima cerebral y las meninges, y el "complejo neurovascular", que se refiere a un conjunto diverso de Se han introducido unidades funcionales que comprenden células vasculares, perivasculares y neurales en ramas extracraneales, intracraneales e intraparenquimatosas para reflejar la excepcional diversidad funcional, estructural y molecular de la vasculatura cerebral. La disfunción de la vasculatura cerebral está íntimamente asociada con varios trastornos neurológicos, especialmente la enfermedad de Alzheimer (EA); los estudios de autopsia han revelado alteraciones cerebrovasculares en más de la mitad de los pacientes diagnosticados de EA. Por lo tanto, se están realizando esfuerzos considerables para caracterizar el neurovasculoma humano. Los avances en los métodos de secuenciación pueden proporcionar nuevos conocimientos sobre la complejidad de la heterogeneidad transcripcional en el árbol cerebrovascular. Por ejemplo, las células endoteliales muestran un continuo transcriptómico que se desplaza a través de las zonas de la red arteria-arteriola-capilar-vénula-vena.

Como se informa en este elegante artículo, Bryant et al. utilizaron secuenciación de ARN de un solo núcleo (snRNA-Seq) para demostrar un eje adicional de heterogeneidad en los perfiles transcriptómicos de células endoteliales, a saber, el de la variación regional. A partir de tejido post mortem congelado, los autores generaron datos de snRNA-Seq de un total de 32 donantes (16 donantes de EA de alta patología en estadio V/VI de Braak, cinco donantes de EA de patología intermedia en Braak III/IV y 11 donantes de EA de patología baja). donantes en Braak 0-I) en cinco regiones corticales (corteza entorrinal, giro temporal inferior, corteza prefrontal, corteza de asociación visual y corteza visual primaria) para producir un conjunto de datos de 19 271 genes medidos en 51 586 núcleos de células endoteliales.

El análisis de cerebros de baja patología muestra que, aunque no hubo diferencias claras en los perfiles de células endoteliales entre regiones, hubo diferencias específicas de región en las proporciones relativas de zonas vasculares, así como en posibles genes marcadores específicos de región de células endoteliales. Por ejemplo, APOE se identificó como un gen candidato de células endoteliales en la corteza entorrinal pero no en las otras regiones examinadas.

La comparación de perfiles de alta patología con perfiles de baja patología reveló 936 genes regulados al alza y 962 genes regulados a la baja en casos de alta patología, siendo las proteínas de la familia de choque térmico la clase más común. El análisis de la vía mostró que las células endoteliales de alta patología participaban más en el plegamiento de proteínas, el mantenimiento de la barrera hematoencefálica y la adhesión de leucocitos, mientras que las vías del metabolismo de lípidos y glicoproteínas estaban reguladas a la baja. Curiosamente, el casete de unión de ATP (ABC) A1, que es responsable de la lipidación de ApoE y ApoA-I, se redujo en la EA de alta patología. Además, el plegamiento de proteínas, la fosforilación oxidativa, la respuesta celular al calor, la señalización de apoptosis, la vasculogénesis, el envejecimiento y las vías de producción de citoquinas se enriquecieron en las cinco regiones en casos de alta patología. El mantenimiento de la barrera hematoencefálica se enriqueció solo en la corteza prefrontal, la circunvolución temporal inferior y algo en la corteza visual primaria, pero no en la corteza entorrinal ni en la corteza visual secundaria.

Los cambios transcriptómicos endoteliales relacionados con la EA también aumentaron a lo largo del continuo de la etapa de Braak, pero mostraron una superposición limitada con los genes específicos de la región. El análisis de cómo los genes de las células endoteliales se asocian con la carga patológica de la EA reveló seis tendencias generales que sugieren distintas relaciones temporales con la progresión de la enfermedad de la EA. Curiosamente, se encontró que los cambios relacionados con CAA eran distintos de los cambios asociados con las placas de amiloide parenquimatoso, y el amiloide tuvo un mayor efecto sobre la expresión génica de las células endoteliales que la tau fosforilada o la presencia del alelo APOE4, aunque el número de individuos APOE4 fue mayor. demasiado bajo para abordar completamente el papel del genotipo APOE. Los genes asociados con otras agresiones cerebrovasculares, como accidente cerebrovascular, hiperintensidades de la sustancia blanca o enfermedad de vasos sanguíneos cerebrales pequeños, no se enriquecieron en el presente conjunto de datos. Finalmente, encontraron que 32 genes específicos del endotelio, que codifican proteínas secretadas, estaban elevados en casos de alta patología, lo que, de confirmarse, podría conducir a nuevos biomarcadores para el diagnóstico de EA.

En general, Bryant et al. encontraron que las células endoteliales del cerebro muestran distintos perfiles en diferentes regiones corticales y que la patología de la EA afecta estos perfiles, especialmente en los capilares. Estas diferencias regionales pueden ayudar a explicar la vulnerabilidad regional a la patología de EA y constituirán una guía útil para futuros estudios que se centren en la fisiopatología de las células endoteliales cerebrales.

El papel fundamental de las células endoteliales cerebrovasculares en la salud neurológica está comenzando a recibir la atención adecuada, lo que puede deberse en parte a los eventos adversos vasculares asociados con las inmunoterapias anti-amiloide. Además de los distintos cambios inducidos por la patología del amiloide parenquimatoso y vascular, será importante evaluar cómo difieren los perfiles transcriptómicos de las células endoteliales en presencia de arteriolosclerosis o colagenosis venosa, que son patologías comunes observadas en la enfermedad de los vasos sanguíneos cerebrales. La comprensión de cómo las células endoteliales cerebrales responden a los factores que aumentan el riesgo de deterioro cognitivo, como la hipertensión, la diabetes tipo 2 y la lesión por reperfusión isquémica, también puede brindar información importante sobre las vías fisiopatológicas cerebrovasculares que afectan la desregulación de la barrera hematoencefálica, la inflamación vascular, y drenaje de fluidos intersticiales y cerebroespinales.

Teniendo en cuenta que las mujeres tienen casi el doble de probabilidades que los hombres de desarrollar AD, los estudios futuros deben diseñarse para tener suficiente poder para abordar cómo el sexo biológico influye en el transcriptoma de la célula endotelial. Finalmente, aún no se sabe cómo los perfiles transcriptómicos de las células endoteliales cerebrales pueden variar según la edad en los seres humanos, y puede proporcionar información adicional sobre posibles vías de interés a las que se puede apuntar.

Este documento proporciona un análisis en profundidad del estado transcripcional de las células endoteliales vasculares con resolución regional en cerebros envejecidos sin AD y AD. Bryant et al. Es importante encontrar heterogeneidad en cinco regiones cerebrales diferentes en ancianos sin EA, cambios regionales en la EA y distintas respuestas de células endoteliales a la angiopatía amiloide cerebral (CAA) frente a la placa amiloide.

Este conjunto de datos es muy relevante ya que consideramos la heterogeneidad regional de la patología de la enfermedad y cómo esto afecta la función de las células endoteliales en el mantenimiento de la barrera hematoencefálica (BBB), regulando el flujo sanguíneo, así como la diafonía entre pericitos y astrocitos vecinos. En particular, los donantes de alta patología mostraron proteínas de la familia de choque térmico reguladas al alza y citocinas inflamatorias, así como vías metabólicas desreguladas según el análisis de enriquecimiento de conjuntos de genes. Estos hallazgos sugieren que las respuestas de estrés de las células endoteliales pueden contribuir a la neuroinflamación y al estrés metabólico. Curiosamente, un subconjunto de cambios transcripcionales no fue exclusivo de las células endoteliales, sino que se observó de manera similar en la microglía.

A medida que nuestra comprensión de las respuestas biológicas específicas de tipo celular que ocurren en la EA y en el envejecimiento se vuelve más profunda con la aplicación de la tecnología de secuenciación de ARN de una sola célula y un solo núcleo, esto abre nuevas vías para posibles enfoques terapéuticos. Este estudio también proporciona más información sobre la relevancia biológica de las variantes de riesgo del estudio de asociación del genoma de la EA a medida que aprendemos sobre su expresión alterada en las células endoteliales (es decir, PICALM y CLU). Dado que sabemos relativamente poco sobre la biología de las células endoteliales vasculares y su respuesta al envejecimiento y la enfermedad, es fundamental profundizar, dada la presencia de placa vascular depositada y los desafíos para su eliminación segura con terapias antiamiloides. Este estudio también destaca la necesidad de que los investigadores tengan cuidado al seleccionar muestras de cerebro para el análisis, porque una evaluación de todo el cerebro no proporciona la imagen completa que ofrece la evaluación de múltiples regiones del cerebro.

La siguiente gran pregunta que plantea este estudio es si de estos hallazgos surgen vías u objetivos farmacológicos que podrían modular la biología de las células endoteliales. Además, dado que numerosas enfermedades neurológicas se han asociado con cambios patológicos en la BBB que afectan tanto la función como la integridad de la unidad neurovascular, estos hallazgos actuales brindan una base para ayudar a generar nuevas hipótesis sobre las vías biológicas específicas de la patología que pueden estar implicadas. Finalmente, una pregunta clave a abordar es si la heterogeneidad regional influye en el transporte de la terapia de manera diferente en las regiones del cerebro, lo que podría afectar la eficacia a medida que se amplía el panorama terapéutico de la EA.

En este estudio, los autores realizaron un análisis de alta resolución para investigar los cambios transcriptómicos en las células endoteliales en diferentes regiones del cerebro en la enfermedad de Alzheimer a nivel de una sola célula. Sus resultados brindan información valiosa sobre los cambios biológicos que ocurren en la vasculatura cerebral en la EA y, potencialmente, ofrecen una base molecular para la relación causal entre la desregulación de la vasculatura cerebral y la EA (Fisher et al., 2022; Kelleher y Soiza, 2013). Los autores presentan un conjunto de datos bien diseñado e informativo que delinea la transformación general de las células endoteliales en la EA, lo que permite un examen de mayor resolución de este tipo de células.

Este estudio identificó marcadores endoteliales convencionales compartidos en múltiples regiones del cerebro, como FLT1, CLDN5 y ABCB1. El descubrimiento de genes específicos de la región aclara las diferencias sutiles en los procesos biológicos ejecutados por las células endoteliales en varias regiones del cerebro, como su tendencia a regular positivamente la producción de citoquinas en la corteza entorrinal y organizar el citoesqueleto de microtubos durante la mitosis en la corteza prefrontal.

Con respecto a la EA, nuestra investigación anterior sobre la secuenciación de ARN de un solo nucleótido del cerebro con EA reveló la inducción de una subpoblación de células endoteliales angiogénicas caracterizadas por una mayor expresión de genes asociados con la angiogénesis y las vías de respuesta inmunitaria en la patogénesis de la EA (Lau et al. 2020). Con su recopilación de datos ampliada, los autores demuestran que, si bien algunos procesos biológicos, como el plegamiento de proteínas y la vasculogénesis, generalmente se fortalecen en las células endoteliales en diferentes regiones del cerebro en la EA, mantienen patrones específicos en las vías activadas dentro de cada grupo, por ejemplo, sangre –mantenimiento de la barrera cerebral en la circunvolución temporal inferior y la corteza prefrontal, así como la regulación de la permeabilidad vascular en las cortezas visuales prefrontal y primaria. Los autores también observaron un patrón cambiante heterogéneo en la expresión de genes que están relacionados con diversos procesos biológicos durante la progresión de la EA, lo que revela otra capa de complejidad en los cambios dinámicos en la regulación génica en la EA.

Además, los autores identificaron genes expresados ​​diferencialmente asociados con factores de riesgo como Aβ y angiopatía amiloide cerebral, demostrando así el impacto de diferentes factores neuropatológicos en la regulación génica. Específicamente, demostraron que Aβ tiene el mayor efecto sobre la expresión génica endotelial, independientemente de la región del cerebro. Por lo tanto, estos factores de enfermedad podrían funcionar a través de varias vías, lo que debería validarse en trabajos futuros.

Este completo estudio enfatiza la heterogeneidad de las células endoteliales del cerebro tanto en individuos de edad normal como en pacientes con EA, demostrando diversos patrones de alteración durante la progresión de la EA. También arroja luz sobre la importancia de considerar la desviación espaciotemporal del cerebro cuando se examinan disfunciones relacionadas con el cerebro. A pesar de los valiosos hallazgos de este estudio, a saber, las alteraciones de la vasculatura cerebral y la identificación de los capilares como los vasos más afectados en la EA, todavía se necesita una cuantificación más detallada de la heterogeneidad endotelial y la investigación de los cambios dinámicos en la transformación de la vasculatura durante la progresión de la EA. Mientras tanto, los hallazgos y el conjunto de datos de este estudio permiten explorar si el nivel de heterogeneidad endotelial está relacionado con la gravedad de la EA y cómo los factores de riesgo (p. ej., Aβ y angiopatía amiloide cerebral) están involucrados en este proceso. Además, este estudio proporciona información valiosa sobre los tipos de células distintas de las células endoteliales, lo que podría informar futuras investigaciones sobre las interacciones entre las células endoteliales y otros componentes del cerebro.

Fisher RA, Miners JS, Love S.Cambios patológicos dentro de la vasculatura cerebral en la enfermedad de Alzheimer: Nuevas perspectivas . Patol cerebral. 14 de marzo de 2022;:e13061. PubMed.

Kelleher RJ, Soiza RL.Evidencia de disfunción endotelial en el desarrollo de la enfermedad de Alzheimer: ¿Es el Alzheimer un trastorno vascular? . Soy J Cardiovasc Dis. 1 de noviembre de 2013; 3(4): 197-226. PubMed.

Lau SF, Cao H, Fu AK, Ip NY. El análisis del transcriptoma de un solo núcleo revela una desregulación de las células endoteliales angiogénicas y la glía neuroprotectora en la enfermedad de Alzheimer . Proc Natl Acad Sci US A. 13 de octubre de 2020;117(41):25800-25809. Epub 2020 28 de septiembre PubMed.

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