Naukowcy z Instytutu Allena zidentyfikowali określone typy komórek w mózgu myszy, które w miarę starzenia się ulegają poważnym zmianom, a także konkretny gorący punkt, w którym zachodzi wiele z tych zmian. Odkrycia opublikowane w czasopiśmie Nature mogą utorować drogę przyszłym terapiom spowalniającym lub kontrolowającym proces starzenia się mózgu.
Kluczowe ustalenia
Wrażliwe komórki: Naukowcy odkryli dziesiątki określonych typów komórek, głównie komórki glejowe, zwane komórkami pomocniczymi mózgu, które z wiekiem ulegały znaczącym zmianom w ekspresji genów. Do silnie dotkniętych zaliczały się mikroglej i makrofagi związane z granicami, oligodendrocyty, tanycyty i komórki wyściółki. Zapalenie i ochrona neuronów: W starzejących się mózgach aktywność genów związanych ze stanem zapalnym wzrosła, podczas gdy geny związane ze strukturą i funkcją neuronów spadły. Gorący punkt starzenia: Naukowcy odkryli specyficzny gorący punkt łączący zarówno spadek funkcji neuronów, jak i wzrost stanu zapalnego w podwzgórzu. Najbardziej znaczące zmiany w ekspresji genów stwierdzono w typach komórek w pobliżu trzeciej komory podwzgórza, w tym w tanycytach, komórkach wyściółki i neuronach znanych ze swojej roli w przyjmowaniu pokarmu, homeostazie energii, metabolizmie i sposobie, w jaki nasz organizm wykorzystuje składniki odżywcze. Wskazuje to na możliwy związek między dietą, czynnikami stylu życia, starzeniem się mózgu i zmianami, które mogą wpływać na naszą podatność na zaburzenia mózgu związane z wiekiem.
„Nasza hipoteza jest taka, że te typy komórek stają się coraz mniej skuteczne w integrowaniu sygnałów z naszego otoczenia lub z rzeczy, które konsumujemy” – powiedziała dr Kelly Jin, naukowiec z Allen Institute for Brain Science i główna autorka książki badanie. „I ta utrata wydajności w jakiś sposób przyczynia się do tego, co nazywamy starzeniem się reszty naszego ciała. Myślę, że to całkiem niesamowite i myślę, że niezwykłe jest to, że jesteśmy w stanie znaleźć te bardzo specyficzne zmiany za pomocą metod, które stosujemy używając.”
Do przeprowadzenia badania, finansowanego przez Narodowy Instytut Zdrowia (NIH), naukowcy wykorzystali najnowocześniejsze sekwencjonowanie RNA pojedynczych komórek i zaawansowane narzędzia do mapowania mózgu opracowane w ramach inicjatywy BRAIN Initiative® NIH w celu zmapowania ponad 1,2 miliona komórek mózgowych od młodych (dwóch miesięcy) i w wieku 18 miesięcy w 16 szerokich obszarach mózgu. Naukowcy uważają, że starsze myszy są odpowiednikiem człowieka w późnym średnim wieku. Mózgi myszy mają wiele podobieństw do mózgów ludzi pod względem struktury, funkcji, genów i typów komórek.
„Starzenie się jest najważniejszym czynnikiem ryzyka choroby Alzheimera i wielu innych wyniszczających chorób mózgu. Wyniki te dostarczają bardzo szczegółowej mapy, które komórki mózgowe mogą być najbardziej dotknięte starzeniem się” – powiedział lekarz Richard J. Hodes, dyrektor Instytutu Narodowego NIH na temat starzenia się. „Ta nowa mapa może zasadniczo zmienić sposób, w jaki naukowcy myślą o wpływie starzenia się na mózg, a także zapewnia wskazówki dotyczące opracowywania nowych metod leczenia chorób mózgu związanych ze starzeniem się”.
Droga do nowych terapii
Zrozumienie tego gorącego miejsca w podwzgórzu czyni go centralnym punktem przyszłych badań. Oprócz wiedzy, które komórki należy konkretnie ukierunkować, może to prowadzić do opracowania terapii dostosowanych do wieku, pomagających zachować funkcje i zapobiegać chorobom neurodegeneracyjnym.
„Chcemy opracować narzędzia, które będą mogły być ukierunkowane na te typy komórek” – powiedział dr Hongkui Zeng, wiceprezes wykonawczy i dyrektor Allen Institute for Brain Science. „Czy jeśli poprawimy funkcjonowanie tych komórek, będziemy w stanie opóźnić proces starzenia?”
Najnowsze odkrycia są również zgodne z wcześniejszymi badaniami, które powiązały starzenie się ze zmianami metabolicznymi, a także z badaniami sugerującymi, że okresowy post, zbilansowana dieta lub ograniczenie kalorii mogą wpływać na długość życia lub być może ją wydłużać.
„Nie testowaliśmy tego bezpośrednio w tym badaniu” – powiedział Jin. „Ale dla mnie wskazuje to na potencjalnych graczy zaangażowanych w ten proces, co moim zdaniem jest ogromną sprawą, ponieważ jest to bardzo specyficzna, rzadka populacja neuronów wyrażających bardzo specyficzne geny, dla których ludzie mogą opracować narzędzia umożliwiające ukierunkowanie i dalsze badania .”
Przyszłe badania nad starzeniem się mózgu
Badanie to kładzie podwaliny pod nowe strategie dietetyczne i podejścia terapeutyczne mające na celu utrzymanie zdrowia mózgu do późnej starości, a także prowadzi do dalszych badań nad złożonością zaawansowanego starzenia się mózgu. W miarę dalszego badania tych powiązań badania mogą odblokować bardziej szczegółowe interwencje dietetyczne lub lekowe w celu zwalczania lub spowalniania starzenia się na poziomie komórkowym.
„Ważną rzeczą w naszym badaniu jest to, że znaleźliśmy kluczowych graczy – naprawdę kluczowych graczy – oraz biologiczne substraty tego procesu” – powiedział Zeng. „Układając elementy tej układanki, trzeba znaleźć odpowiednich graczy. To piękny przykład tego, dlaczego należy badać mózg i ciało na poziomie specyficznym dla danego typu komórek. W przeciwnym razie zmiany zachodzące w określonych typach komórek można uśrednić i pozostać niewykrytym, jeśli zmiesza się ze sobą różne typy komórek.”
Badanie to zostało sfinansowane z grantów NIH R01AG066027 i U19MH114830. Za treść odpowiadają wyłącznie autorzy i niekoniecznie odzwierciedlają oficjalne poglądy Narodowych Instytutów Zdrowia.