Starnutie mení niektoré mozgové bunky viac ako iné

Ako starneme, rôzne bunky a tkanivá sa čoraz viac poškodzujú. Aj keď je to prirodzený proces, znamená to, že náš biologický vek sa môže líšiť od nášho chronologického veku. Pochopenie bunkových zmien sprevádzajúcich biologické starnutie nás posúva o krok bližšie k spomaleniu alebo riadeniu procesu starnutia.

V novej štúdii starnutia mozgu vedci z Allenovho inštitútu pre vedu o mozgu v Seattli identifikovali špecifické typy buniek, ktoré sa starnutím menia, ako aj objavili „horúce miesto“, kde sa mnohé z týchto zmien vyskytujú.

„Naša hypotéza je, že tieto typy buniek sú čoraz menej efektívne pri integrácii signálov z nášho prostredia alebo vecí, ktoré konzumujeme, a že strata účinnosti nejakým spôsobom prispieva k tomu, čo poznáme ako starnutie vo zvyšku nášho tela,“ povedal Kelly Jin, PhD, hlavný autor štúdie. „Myslím si, že je to celkom úžasné a myslím si, že je pozoruhodné, že sme schopní nájsť tieto veľmi špecifické zmeny pomocou metód, ktoré používame.“

Jin a kolegovia použili špičkové jednobunkové sekvenovanie RNA a pokročilé nástroje na mapovanie mozgu vyvinuté prostredníctvom Iniciatívy BRAIN Národného inštitútu zdravia na zmapovanie približne 1,2 milióna jednotlivých mozgových buniek z mladých dospelých a starých myší oboch pohlaví. „Staršie“ myši mali 18 mesiacov, čo sa v ľudských rokoch rovná polovici 50. až 60. alebo neskorému strednému veku. Myšie mozgy boli vybrané kvôli ich podobnosti s ľudským mozgom v štruktúre, funkcii, génoch a typoch buniek.

Výskumníci zmapovali bunky v 16 širokých oblastiach mozgu – asi 35 % celkového objemu mozgu myši – vybraných kvôli ich známej citlivosti na choroby súvisiace s vekom. Ich prístup umožnil vedcom identifikovať jedinečnú transkriptomiku buniek (zbierku všetkej RNA prítomnej v bunke v danom čase) a preskúmať ich na zmeny génovej expresie súvisiace s vekom.

„Vedci roky študovali účinky starnutia na mozog väčšinou po jednej bunke,“ povedal John Ngai, PhD, riaditeľ Iniciatívy BRAIN. „Teraz môžu výskumníci s inovatívnymi mapovacími nástrojmi, ktoré umožnila Iniciatíva BRAIN, skúmať, ako starnutie ovplyvňuje väčšinu celého mozgu. Táto štúdia ukazuje, že globálnejšie skúmanie mozgu môže vedcom poskytnúť čerstvé poznatky o tom, ako mozog starne a ako môžu neurodegeneratívne ochorenia narušiť normálnu aktivitu starnutia.“

Vedci zistili, že to boli väčšinou gliové bunky, trieda buniek, ktoré podporujú, spájajú a chránia neuróny mozgu, ktoré vykazovali významné zmeny génovej expresie súvisiace s vekom. Silne ovplyvnené boli bunky súvisiace s imunitným systémom (mikroglie, oligodendrocyty a makrofágy spojené s hranicami) a špecializované gliové bunky nazývané ako tanycyty a ependymálne bunky.

Tanycyty sa nachádzajú v hypotalame, primárne lemujú tretiu komoru. Sú veľmi jedinečné a slúžia ako štrukturálne aj funkčné bariéry medzi mozgom a cerebrospinálnou tekutinou (CST). Ependymálne bunky vystielajú miechu a mozgové komory, dutiny, ktoré produkujú a uchovávajú CST, a sú nevyhnutné na udržanie stabilného prostredia v týchto štruktúrach, čím zabezpečujú, že neuróny a iné bunky fungujú optimálne.

Konkrétne vedci zistili zvýšenú expresiu génov zápalovej a imunitnej odpovede v týchto bunkách a zníženú expresiu génov súvisiacich so signalizáciou a štruktúrou neurónov. Najvýznamnejšie zmeny boli v bunkách v blízkosti tretej komory hypotalamu (V3), ktoré sú rozhodujúce pre reguláciu životne dôležitých fyziologických a behaviorálnych procesov, vrátane teploty, hladu a sýtosti, smädu a rovnováhy tekutín, cyklov spánku a bdenia a cirkadiánnych rytmov.

„Spoločne naše výsledky systematicky odhaľujú širokú škálu vzorcov starnutia špecifických pre bunkový typ, identifikujú vekovo špecifické zhluky bunkového typu, ktoré vykazujú jedinečné zmeny génovej expresie, a zdôrazňujú oblasť V3 hypotalamu ako potenciálne „horúce miesto“ pre starnutie mozgu,“ uviedli vedci.

Vedci dúfajú, že ich zistenia povedú k ďalšiemu výskumu tohto novoobjaveného „horúceho miesta“ a potenciálne k vývoju terapeutík, ktoré spomaľujú alebo zvládajú starnutie mozgu a zabraňujú neurodegeneratívnym ochoreniam.

„Starnutie je najdôležitejším rizikovým faktorom Alzheimerovej choroby a mnohých ďalších devastujúcich mozgových porúch,“ povedal doktor Richard Hodes, riaditeľ Národného inštitútu pre starnutie, ktorý sa však do štúdie nezapojil. „Tieto výsledky poskytujú veľmi podrobnú mapu, pre ktorú môžu byť mozgové bunky najviac ovplyvnené starnutím. Táto nová mapa môže zásadne zmeniť spôsob, akým vedci uvažujú o tom, ako starnutie ovplyvňuje mozog, a tiež poskytnúť návod na vývoj nových spôsobov liečby chorôb mozgu súvisiacich so starnutím.“

Štúdia bola nedávno publikovaná v magazíne Nature.