Kodėl žmogaus smegenys taip linkusios sirgti su amžiumi susijusiomis ligomis?

Sutrikusi energijos gamyba senesniuose neuronuose gali padėti paaiškinti, kodėl žmogaus smegenys yra tokios pažeidžiamos su amžiumi susijusioms ligoms, rodo naujas tyrimas Salk institute Kalifornijoje.

Mokslininkai naudojo naują strategiją, norėdami sužinoti, kad vyresnio amžiaus žmonių ląstelėse yra neveikiančių mitochondrijų - ląstelių jėgainių - ir mažesnė energijos gamyba.

Mitochondrijos yra atsakingos už mūsų maisto pavertimą chemine energija, kurią mūsų ląstelės gali panaudoti. Mitochondrijų genų defektai gali sukelti ligą, tačiau mokslininkai taip pat žino, kad mitochondrijos su amžiumi tampa ne tokios efektyvios ir gali sukelti su amžiumi susijusius sutrikimus, tokius kaip Alzheimerio ir Parkinsono.

Senėjimo poveikio mitochondrijoms tyrimas galėtų padėti mokslininkams geriau suprasti žinomą ryšį tarp mitochondrijų disfunkcijos ir su amžiumi susijusių smegenų ligų.

Naujos išvados paskelbtos žurnale Langelių ataskaitos.

"Daugumoje kitų metodų ląstelėms naudojamas cheminis stresas, siekiant imituoti senėjimą", - sakė vyresnysis autorius dr. Rusty Gage'as, Salko genetikos laboratorijos profesorius. „Mūsų sistemos privalumas yra parodyti, kas atsitinka natūraliai senstančioms mitochondrijoms žmogaus kūne.“

Anksčiau Gage'o tyrimų grupė buvo sukūrusi metodą, kaip tiesiogiai paversti odos ląsteles į neuronus (vadinamus indukuotais neuronais arba iN). Dauguma neuronų iš paciento ląstelių sukūrimo būdų priklauso nuo tarpinio kamieninių ląstelių žingsnio (sukuriant vadinamąsias indukuotas pluripotentines kamienines ląsteles), kuris atstato ląstelių senėjimo žymenis. Tačiau šie iN išlaikė senėjimo požymius, įskaitant genų aktyvumo ir ląstelių branduolių pokyčius, komanda pranešė 2015 m.

Šio tyrimo metu mokslininkai norėjo ištirti, ar mitochondrijos ląstelėse iN konversijos proceso metu taip pat išlaikė senėjimo požymius. Taigi, naudodami odos ląsteles, paimtas iš žmonių, kurių amžius nuo 0 iki 89 metų, mokslininkai iš kiekvieno donoro sukūrė iN ir tada naudojo įvairius metodus, kad ištirtų kiekvieno ląstelių rinkinio mitochondrijas.

Kiekvieno žmogaus izoliuotose odos ląstelėse esančios mitochondrijos parodė nedaug su amžiumi susijusių pokyčių. Tačiau kai ląstelės buvo tiesiogiai paverstos neuronais, vyresnių donorų mitochondrijos buvo žymiai skirtingos. Pavyzdžiui, mitochondrijų genai, susiję su energijos gamyba, buvo išjungti, o mitochondrijos buvo mažiau tankios, labiau suskaidytos ir generavo mažiau energijos.

"Beveik kiekviena mūsų pažvelgta sritis - funkcinė, genetinė ir morfologinė - turėjo defektų", - sakė dr. Jerome'as Mertensas, "Salk" personalo mokslininkas ir korespondentas naujojo straipsnio autorius.

Mokslininkai iškėlė hipotezę, kad iNs mitochondrijas labiau paveikė senėjimas, o ne odos ląstelių mitochondrijas, kad neuronai labiau priklauso nuo mitochondrijų energijos.

"Jei turite seną automobilį su blogu varikliu, kuris kiekvieną dieną sėdi jūsų garaže, tai nesvarbu", - sakė Mertensas. „Bet jei važiuojate su tuo automobiliu, variklis tampa didele problema“.

Rezultatas parodo, kaip senėjimas gali skirtingai paveikti organus visame kūne.

Toliau komanda planuoja pritaikyti savo metodiką tiriant su amžiumi susijusias ligas, įskaitant Alzheimerio ir Parkinsono ligas. Ankstesniame darbe mitochondrijų defektai buvo susiję su šiomis ligomis. Surinkusi pacientus, sergančius šiomis ligomis, odos ląsteles ir sukūrusi iN, komanda gali išsiaiškinti, kuo šių pacientų neuronų mitochondrijos skiriasi nuo neuronų mitochondrijų nepaveiktiems vyresnio amžiaus žmonėms.

"Nėra kito in vitro žmogaus neuronų modelio, tiriančio senėjimą", - sakė mokslinis bendradarbis ir pirmasis šio straipsnio autorius dr. Yongsungas Kim. „Taigi svarbiausias mūsų straipsnio išsiskyrimas yra tai, kad mes sukūrėme įrankį, kuris leidžia mums tirti neurologinį senėjimą ir su amžiumi susijusias ligas“.

Šaltinis: Salk institutas