Дослідники з Інституту Аллена виявили певну область мозку мишей, де старіння викликає значні зміни в численних типах клітин. Дослідження також встановило, які типи клітин зазнають найглибших трансформацій. Ця нова інформація, опублікована в журналі Nature, вказує на потенційні підходи до уповільнення або контролю процесу старіння в мозку.
Дослідження було зосереджено на численних типах гліальних клітин – «опорних клітин» мозку, які продемонстрували значні зміни в активності генів з віком. Серед клітин, які найбільше постраждали, були мікроглія, асоційовані з кордоном макрофаги, олігодендроцити, таніцити та епендимальні клітини. Дослідження показало, що в старіючому мозку активність генів, пов’язаних із запаленням, зросла, а активність генів, важливих для нейронів, знизилася.
У мозку виявлено гарячу точку старіння
Дослідники виявили концентрацію цих змін у «гарячій точці старіння», розташованій у гіпоталамусі. Найбільш значні зміни експресії генів були виявлені в типах клітин, розташованих поблизу третього шлуночка гіпоталамуса. Клітини включають таніцити, епендимальні клітини та нейрони, які відіграють важливу роль у споживанні їжі, енергетичному гомеостазі, метаболізмі та тому, як наш організм використовує поживні речовини. Це спостереження натякає на зв’язок між дієтою, факторами способу життя, старінням мозку та змінами, які впливають на сприйнятливість до вікових розладів мозку.
«Наша гіпотеза полягає в тому, що ці типи клітин стають менш ефективними в інтеграції сигналів із нашого середовища або речей, які ми споживаємо», — сказала провідний автор дослідження Келлі Джин, вчений з Інституту науки про мозок Аллена. «І ця втрата ефективності якимось чином сприяє тому, що ми знаємо як старіння решти нашого тіла. Я вважаю, що це досить дивно, і я вважаю дивовижним те, що ми можемо знайти ці дуже специфічні зміни за допомогою методів, які ми використовуємо».
Аналіз мільйонів клітин мозку
Експерти застосували передові методи секвенування одноклітинної РНК і картографування з високою роздільною здатністю, створені за допомогою The BRAIN Initiative®. Команда проаналізувала понад 1,2 мільйона клітин мозку, взятих у мишей у віці двох місяців (класифікованих як «молодих») і 18 місяців (дослідники вважають «пізнього середнього віку»). Миші мають спільні з людьми важливі структурні, функціональні та генетичні особливості, що робить їх корисними для вивчення того, як мозок розвивається з часом.
«Старіння є найважливішим фактором ризику хвороби Альцгеймера та багатьох інших руйнівних розладів мозку. Ці результати дають дуже детальну карту, на якій клітини мозку можуть найбільше постраждати від старіння», – сказав Річард Дж. Ходес, директор Національного інституту старіння NIH.
«Ця нова карта може докорінно змінити погляди вчених на те, як старіння впливає на мозок, а також надає керівництво для розробки нових методів лікування захворювань мозку, пов’язаних зі старінням».
Можливі цілі для майбутніх терапій
Дослідники виявили, що певні кластери типів клітин у гіпоталамусі мали значне зниження генів, необхідних для функціонування нейронів, у той час, як гени, залучені до запалення, активізувалися. Експерти вважають, що більш уважне вивчення цієї гарячої точки та цих типів клітин може призвести до цілеспрямованих втручань.
«Ми хочемо розробити інструменти, які можуть націлюватися на ці типи клітин», — сказав Хонгкуй Цзен, виконавчий віце-президент і директор Інституту науки про мозок Аллена. «Якщо ми покращимо функцію цих клітин, чи зможемо ми затримати процес старіння?»
Фактори способу життя у старінні мозку
Ці дані підтверджують попередні зв’язки між старінням і метаболічними змінами, а також докази того, що періодичне голодування або збалансована дієта можуть впливати на довголіття. Хоча дослідження безпосередньо не перевіряло схеми харчування, воно підкреслює важливість розуміння того, які клітини мозку можуть бути «гравцями» в процесі старіння.
«Це не те, що ми безпосередньо перевіряли в цьому дослідженні», — сказав Джин. «Але для мене це вказує на потенційних гравців, залучених до процесу, що, на мою думку, є величезною справою, оскільки це дуже специфічна, рідкісна популяція нейронів, які експресують дуже специфічні гени, для яких люди можуть розробити інструменти для націлювання та подальшого вивчення.”
Запобігання віковим погіршенням здоров’я мозку
Дослідження є відправною точкою для більш глибоких досліджень того, як дієта, спосіб життя або фармацевтичні препарати можуть полегшити або уповільнити пов’язане з віком погіршення здоров’я мозку. Відстежуючи найбільш вразливі типи клітин, дослідники сподіваються розробити стратегії – дієтичні чи фармацевтичні – які допоможуть підтримувати здорову функцію мозку навіть у старості.
«Важливим у нашому дослідженні є те, що ми знайшли ключових гравців — справжніх ключових гравців — і біологічні субстрати для цього процесу», — сказав Цзен. «Складаючи частини цієї головоломки, ви повинні знайти правильних гравців. Це прекрасний приклад того, чому вам потрібно вивчати мозок і тіло на такому рівні клітинного типу». «Інакше зміни, що відбуваються в конкретних типах клітин, можуть бути усередненими та непоміченими, якщо змішати різні типи клітин».
У міру того, як вчені досліджують зв’язок між цими клітинами та гіпоталамусом, цей напрямок досліджень закладає основу для розробки нових методів, спрямованих на збереження когнітивних здібностей і запобігання віковим захворюванням.