Між приблизно 50 і 75 роками в людському мозку відбуваються різкі зміни, які раніше не помічали. За даними дослідження, описаного на ресурсі SciTechDaily, клітини гіпокампа — ділянки мозку, важливої для навчання та пам’яті, — змінюють свій склад, посилюють запальні сигнали, а тривимірна організація геному в них слабшає. Це свідчить, що старіння мозку є активним процесом біологічної перебудови, а не просто повільним згасанням.
Що саме вивчали вчені
Дослідники проаналізували окремі клітини людського гіпокампа, зібрані у людей різного віку впродовж дорослого життя. Вони застосували сучасні методи одноклітинного аналізу, які дозволяють одночасно бачити, як працюють гени, і як у просторі організований геном усередині ядра клітини.
Такий підхід дав змогу скласти одну з найдетальніших на сьогодні карт того, як змінюються регуляція генів і тривимірна структура ДНК у мозкових клітинах із віком. Особливу увагу приділили гіпокампу, оскільки саме він критично важливий для формування спогадів і часто уражається при деменціях, зокрема при хворобі Альцгеймера.
Різкий «злам» в імунних клітинах мозку
Найвиразніші зміни виявилися в мікроглії — імунних клітинах мозку, які відповідають за «прибирання» від пошкоджених структур і підтримання нормального середовища для нейронів. Між приблизно 50 і 75 роками кількість мікрогліальних клітин, що сформувалися ще під час ембріонального розвитку, різко зменшується.
На їхнє місце приходять клітини з молекулярними ознаками, подібними до імунних клітин крові. Це ставить під сумнів давнє уявлення, що мікроглія, закладена до народження, зберігається в мозку протягом усього життя без суттєвої заміни.
Нові мікроглієподібні клітини мають посилені запальні сигнатури. Це може означати, що вони сприяють хронічному запаленню в мозку, яке часто пов’язують зі старінням і підвищеним ризиком нейродегенеративних захворювань, зокрема хвороби Альцгеймера.
Крім того, дослідники виявили значне зменшення популяцій клітин, які беруть участь у підтриманні гематоенцефалічного бар’єра — захисної межі між кров’ю та мозковою тканиною. Ослаблення цього бар’єра потенційно полегшує проникнення шкідливих речовин із кровотоку в мозок.
Як старіє тривимірна структура геному
Зміни не обмежувалися лише імунними та судинними клітинами. У кількох типах клітин мозку вчені побачили, що тривимірна організація геному з віком стає дедалі менш впорядкованою.
ДНК у ядрі клітини не лежить «ниткою», а складена в складну просторову структуру. Від того, як саме вона згорнута, залежить, які гени доступні для роботи, а які «заховані». Виявлена ерозія цієї архітектури з віком вказує, що порушення просторової організації геному може бути базовою рисою старіння мозку.
Автори роботи підкреслюють, що такі зміни вказують: старіння — це не лише накопичення випадкових ушкоджень. Імунні, судинні та нейронні системи, схоже, проходять узгоджене, динамічне «переналаштування» впродовж життя.
Чому це важливо і які є обмеження
Отримані результати допомагають пояснити, чому саме вік є найсильнішим фактором ризику для деменцій та інших нейродегенеративних хвороб. Якщо в середньому віці мозок входить у нову біологічну фазу з посиленим запаленням, ослабленим захистом і порушеною організацією геному, це може створювати умови для розвитку патологій.
Водночас дослідження має важливі обмеження. Воно базується на аналізі тканин гіпокампа, а не всього мозку, тому не можна автоматично переносити висновки на інші його ділянки. Крім того, це спостережні дані на клітинному рівні: вони показують, що змінюється з віком, але не доводять, які саме зміни безпосередньо спричиняють хвороби.
Попри це, робота відкриває шлях до пошуку нових терапевтичних мішеней. Якщо вдасться краще зрозуміти, як саме перебудовуються імунні клітини, судинні структури та геном у нейронах, можна буде точніше визначити, на яких етапах і як втручатися, щоб довше зберігати цілісність нейронних мереж і когнітивні функції.
Дослідження є частиною ширшої програми 4D Nucleome, що протягом приблизно десятиліття вивчає, як архітектура геному змінюється в просторі й часі. Сукупність таких робіт створює ресурс для науковців, які досліджують, як збої в організації геному пов’язані з розвитком, старінням і хворобами, включно з нейродегенеративними розладами.