Starzenie się mózgu to coś więcej niż tylko zużycie; Jak wynika z nowego badania na myszach, oznacza to zasadniczą utratę kontroli nad funkcjonowaniem genów. Naukowcy zmapowali zmiany epigenetyczne w mózgu i stwierdzili stopniowy spadek sygnałów chemicznych regulujących ekspresję genów. Badanie to zapewnia najbardziej wszechstronną epigenetyczną mapę starzenia się, dostarczając kluczowych informacji na temat przyczyn pogarszania się funkcji mózgu wraz z wiekiem i potencjalnych sposobów interwencji.
Epigenetyczny krajobraz starzenia się
Nasze DNA to nie cała historia. Markery epigenetyczne — maleńkie znaczniki chemiczne przyłączone do genów — określają w jaki sposób te geny są wykorzystywane. Markery te zmieniają się z biegiem czasu, a naukowcy wykorzystali je do stworzenia „zegara starzenia”, który szacuje wiek biologiczny wielu tkanek. Jednak mózg wraz ze swoimi długowiecznymi neuronami wymaga bardziej szczegółowych badań, aby zrozumieć proces starzenia.
W nowym badaniu, opublikowanym w czasopiśmie Cell, przeanalizowano ponad 200 000 komórek mózgowych myszy w różnym wieku (2, 9 i 18 miesięcy). Naukowcy pocięli mózg na ultracienkie skrawki i zbadali kluczowe sygnały epigenetyczne, w tym metylację DNA i strukturę chromatyny. Wyniki pokazują wyraźny wzór: wraz z wiekiem myszy ich genomy tracą zdolność do precyzyjnego kontrolowania ekspresji genów.
Utrata kontroli: metylacja i przeskakiwanie genów
Jedną z krytycznych zmian jest utrata metylacji, podczas której z DNA usuwane są znaczniki chemiczne. Metylacja zazwyczaj tłumi geny, a jej spadek u starzejących się myszy skutkuje nieoczekiwaną aktywacją genów. Na przykład geny odpornościowe w komórkach mózgowych (mikrogleju) stały się nadpobudliwe z powodu utraty znamion tłumiących. Stanowi to problem, ponieważ niekontrolowane reakcje odpornościowe mogą uszkodzić delikatne struktury mózgu.
Problem pogłębiają transpozony, znane również jako „skaczące geny”. Te powtarzające się sekwencje DNA mogą się kopiować i wklejać w całym genomie, zakłócając ekspresję genów. Badanie wykazało, że demetylacja zachodzi w miejscach transportu, potencjalnie powodując rozległe spustoszenie genetyczne. Według genetyka Davida Sinclaira te skaczące geny mogą być ukrytym kluczem do starzenia się mózgu. „Są to geny, które w dużej mierze ignorowaliśmy, ale zaskakująco dobrze korelują ze starzeniem się” – zauważa.
Struktura chromatyny i oznaki starzenia
W badaniu przyjrzano się także chromatynie, kompleksowi białko-DNA, który organizuje nasze geny w chromosomy. Starzejące się mózgi wykazały zwiększoną liczbę topologicznie powiązanych domen (TAD), gęsto upakowanych pętli w genomie, które dzielą ekspresję genów. Te dodatkowe TAD mogą służyć jako nowy biomarker starzenia, wskazujący na rozkład organizacji genomu.
Konsekwencje dla starzenia się ludzkiego mózgu
Utrata kontroli genetycznej ma poważne konsekwencje. Nadmiernie aktywne geny skoków mogą wyzwalać reakcje immunologiczne, które zabijają komórki mózgowe poprzez zakłócanie obwodów nerwowych. Co ciekawe, osoby w „superstarym wieku” z wyjątkową pamięcią mogą mieć niższą aktywację genów skoków, co wydłuża żywotność neuronów. Sugeruje to, że spowolnienie dryfu epigenetycznego może być kluczem do zachowania funkcji mózgu w starszym wieku.
Zespół badawczy zamierza teraz zastosować te metody w ludzkim mózgu, sekwencjonując zmiany epigenetyczne w różnym wieku. Cel jest jasny: zrozumieć i być może odwrócić mechanizmy prowadzące do pogorszenia funkcji poznawczych.
„Starzenie się to nie tylko zużycie; to utrata kontroli nad regulacją genów”. — Joseph Ecker, Instytut Salka.
