Чому мозок людини так схильний до вікових захворювань?

Порушення виробництва енергії у старих нейронах може допомогти пояснити, чому мозок людини настільки вразливий до вікових захворювань, згідно з новим дослідженням в Інституті Солка в Каліфорнії.

Вчені використали нову стратегію, щоб виявити, що клітини у людей похилого віку мають дисфункціональні мітохондрії - електростанції клітин - і знижують вироблення енергії.

Мітохондрії відповідають за перетворення нашої їжі в хімічну енергію, яку можуть використовувати наші клітини. Дефекти мітохондріальних генів можуть призвести до захворювання, але дослідники також знають, що мітохондрії з віком стають менш ефективними і можуть спричиняти вікові розлади, такі як хвороба Альцгеймера та Паркінсона.

Вивчення впливу старіння на мітохондрії може допомогти дослідникам глибше зрозуміти відомий зв'язок між дисфункцією мітохондрій та віковими захворюваннями головного мозку.

Нові висновки опубліковані в журналі Звіти стільникових мереж.

"Більшість інших методів використовують хімічний стрес на клітини для імітації старіння", - сказав старший автор доктор Расті Гейдж, професор Лабораторії генетики Салка. "Перевага нашої системи - показати, що відбувається з мітохондріями, які старіють природним чином в організмі людини".

Раніше дослідницька група Гейджа розробила метод безпосереднього перетворення клітин шкіри в нейрони (так звані індуковані нейрони або iN). Більшість методів створення нейронів з клітин пацієнта залежать від проміжного кроку стовбурових клітин (створення так званих індукованих плюрипотентних стовбурових клітин), який скидає клітинні маркери старіння. Але ці iN зберігали ознаки старіння, включаючи зміни в генній активності та ядрах клітин, повідомляла команда у 2015 році.

Під час поточного дослідження вчені хотіли дослідити, чи мітохондрії в клітинах також зберігали ознаки старіння під час процесу перетворення iN. Отже, використовуючи клітини шкіри, взяті у людей у ​​віці від 0 до 89 років, дослідники створювали iN від кожного донора, а потім використовували різні методи для вивчення мітохондрій кожного набору клітин.

Мітохондрії в клітинах шкіри, виділених від кожної людини, демонстрували незначні вікові зміни. Однак, коли клітини безпосередньо перетворювались на нейрони, мітохондрії від старих донорів значно відрізнялися. Наприклад, гени мітохондрій, пов'язані з виробництвом енергії, були вимкнені, і мітохондрії були менш щільними, більш фрагментованими та генерували менше енергії.

"Майже в кожній галузі, яку ми розглядали - функціональній, генетичній та морфологічній - були дефекти", - сказав д-р Джером Мертенс, науковий співробітник компанії Salk і співавтор нової статті.

Вчені припустили, що причиною того, що на мітохондрії iN більше впливає старіння, ніж на мітохондрії клітин шкіри, є те, що нейрони сильніше залежать від мітохондрій для отримання енергії.

"Якщо у вас є старий автомобіль із поганим двигуном, який щодня сидить у вашому гаражі, це не має значення", - сказав Мертенс. "Але якщо ви їдете до цього автомобіля, двигун стає великою проблемою".

Результати показують, як старіння може по-різному впливати на органи по всьому тілу.

Далі команда планує застосувати свою техніку для вивчення вікових захворювань, включаючи хворобу Альцгеймера та Паркінсона. У попередній роботі мітохондріальні дефекти були причетні до цих захворювань. Збираючи клітини шкіри у пацієнтів з цими захворюваннями та створюючи iN, команда може поглянути на те, як нейронні мітохондрії у цих пацієнтів відрізняються від нейрональних мітохондрій у непостраждалих літніх людей.

"Не існує іншої моделі нейрональних досліджень людини in vitro для вивчення старіння", - сказала д-р Йонгсунг Кім, науковий співробітник і перший автор статті. «Отже, головним висновком нашої роботи є те, що ми розробили інструмент, який дозволяє вивчати неврологічне старіння та вікові захворювання».

Джерело: Інститут Солка