Zakaj je človeški možgan tako nagnjen k starostnim boleznim?

Okvara proizvodnje energije v starejših nevronih lahko pomaga razložiti, zakaj so človeški možgani tako ranljivi za bolezni, povezane s starostjo, v skladu z novo študijo na inštitutu Salk v Kaliforniji.

Znanstveniki so z novo strategijo odkrili, da imajo celice starejših ljudi nefunkcionalne mitohondrije - elektrarne celic - in manjšo proizvodnjo energije.

Mitohondriji so odgovorni za pretvorbo naše hrane v kemično energijo, ki jo lahko uporabljajo naše celice. Napake v mitohondrijskih genih lahko privedejo do bolezni, vendar raziskovalci tudi vedo, da mitohondriji s starostjo postajajo manj učinkoviti in lahko povzročajo s starostjo povezane motnje, kot sta Alzheimerjeva in Parkinsonova.

Preučevanje vpliva staranja na mitohondrije bi lahko pomagalo raziskovalcem, da bolje razumejo znano povezavo med mitohondrijsko disfunkcijo in starostnimi boleznimi možganov.

Nova spoznanja so objavljena v reviji Poročila o celicah.

"Večina drugih metod uporablja kemične obremenitve celic za simulacijo staranja," je dejal starejši avtor dr. Rusty Gage, profesor v Salkovem laboratoriju za genetiko. "Prednost našega sistema je, da pokaže, kaj se zgodi z mitohondriji, ki se naravno starajo v človeškem telesu."

Pred tem je Gagejeva raziskovalna skupina razvila metodo za neposredno pretvorbo kožnih celic v nevrone (imenovane inducirani nevroni ali iN). Večina tehnik za ustvarjanje nevronov iz pacientovih celic je odvisna od vmesnega koraka matičnih celic (ustvarjanje tako imenovanih induciranih pluripotentnih matičnih celic), ki ponastavi celične označevalce staranja. Toda ti iN so ohranili znake staranja, vključno s spremembami v genski aktivnosti in jedrih celic, je skupina poročala leta 2015.

V sedanji študiji so znanstveniki želeli raziskati, ali mitohondriji v celicah tudi med postopkom pretvorbe iN ohranjajo značilnosti staranja. Torej so z uporabo kožnih celic, odvzetih ljudem, starih od 0 do 89 let, raziskovalci ustvarili iN od vsakega darovalca in nato uporabili različne metode za preučevanje mitohondrijev vsakega sklopa celic.

Mitohondriji v kožnih celicah, izoliranih od vsake osebe, so pokazali nekaj starostnih sprememb. Ko pa so se celice neposredno pretvorile v nevrone, so se mitohondriji starejših darovalcev bistveno razlikovali. Na primer, mitohondrijski geni, povezani s proizvodnjo energije, so bili izklopljeni in mitohondriji so bili manj gosti, bolj razdrobljeni in so ustvarjali manj energije.

"Skoraj vsako področje, ki smo si ga ogledali - funkcionalno, genetsko in morfološko - je imelo napake," je povedal dr. Jerome Mertens, sodelavec iz Salka in soodpisnik novega članka.

Znanstveniki so domnevali, da je razlog, da je mitohondriji iN bolj prizadet zaradi staranja kot mitohondrije kožnih celic, ta, da so nevroni bolj odvisni od energije mitohondrijev.

"Če imate star avto s slabim motorjem, ki vsak dan sedi v vaši garaži, ni pomembno," je dejal Mertens. "Ampak, če se s tem avtomobilom vozite na delo, postane motor velik problem."

Ugotovitev kaže, kako lahko staranje različno vpliva na organe po telesu.

Nato skupina načrtuje uporabo svoje tehnike za preučevanje starostnih bolezni, vključno z Alzheimerjevo in Parkinsonovo boleznijo. V prejšnjem delu so bile pri teh boleznih vpletene mitohondrijske napake. Z zbiranjem kožnih celic pri pacientih s temi boleznimi in ustvarjanjem iN-jev lahko ekipa preuči, kako se nevronske mitohondrije teh bolnikov razlikujejo od nevronskih mitohondrijev pri starejših posameznikih, ki niso prizadeti.

"Nobenega drugega in vitro človeškega nevronskega modela, ki bi preučeval staranje, ni," je dejal dr. Yongsung Kim, znanstveni sodelavec in prvi avtor članka. "Torej je velik prispevek našega prispevka ta, da smo razvili orodje, ki nam omogoča preučevanje nevrološkega staranja in starostnih bolezni."

Vir: Salk Institute