Исследователи обнаружили, что начиная со среднего возраста в человеческом мозге происходят масштабные изменения в регуляции генома. Это открытие может помочь объяснить, почему возраст является самым значимым фактором риска развития нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Science, ученые с помощью передовых методов изучения отдельных клеток исследовали регуляцию генов и трехмерную организацию генома в отдельных клетках гиппокампа — области мозга, отвечающей за обучение и память. Проанализировав образцы, взятые у людей разного возраста, команда ученых получила одно из наиболее подробных на сегодняшний день описаний того, как меняется регуляция генома по мере старения мозга.
Одно из наиболее заметных изменений произошло в микроглии — иммунных клетках, которые помогают поддерживать и защищать мозг. В возрасте от 50 до 75 лет исследователи обнаружили резкое сокращение количества микроглии, которая формируется в процессе эмбрионального развития. В то же время эти клетки все чаще замещались клетками, молекулярные характеристики которых напоминали иммунные клетки крови.
Этот результат опровергает устоявшееся представление о том, что микроглия, сформировавшаяся на ранних этапах развития, остается в мозге на протяжении всей жизни человека. Замещающие микроглию клетки также демонстрировали более выраженные признаки воспаления, что позволяет предположить, что они могут способствовать хроническому воспалению в стареющем мозге.
Исследователи также обнаружили значительное снижение количества клеток, которые помогают поддерживать гематоэнцефалический барьер. Этот защитный барьер ограждает мозг от потенциально вредных веществ, циркулирующих в кровотоке.
“Микроглия играет важнейшую роль в поддержании гомеостаза мозга. Когда эти клетки перестают выполнять свои функции, в мозге накапливаются токсичные вещества, которые могут запускать воспалительные процессы, способствующие развитию нейродегенеративных заболеваний”, — говорит Бинг Рен, PhD, автор исследования, профессор генетики и развития, биохимии и молекулярной биофизики, а также системной биологии в Колумбийском университете.
Изменения коснулись не только иммунных клеток. В нескольких типах клеток головного мозга исследователи наблюдали значительное нарушение трехмерной структуры генома.
Внутри клетки ДНК не просто хаотично упакована в ядре. Она свернута в высокоорганизованную трехмерную структуру, которая помогает контролировать включение и выключение генов. Исследователи обнаружили, что с возрастом эта структура становится менее упорядоченной, что позволяет предположить, что ухудшение структуры генома может быть фундаментальной особенностью старения мозга.
“Эта работа — важный шаг вперед в понимании того, как старение меняет геном человека в клетках головного мозга. Эти результаты демонстрируют острую необходимость изучения регуляции генов и организации генома для понимания механизмов процесса старения”, — говорит Натан Земке, директор отдела геномики отдельных клеток в Центре эпигеномики Калифорнийского университета в Сан-Диего.
Полученные данные свидетельствуют о том, что старение мозга — это более сложный процесс, чем простое постепенное угасание функций. Вместо этого происходит одновременное изменение множества систем, включая иммунные клетки, кровеносные сосуды, нейроны и организацию генома. “Важно отметить, что это исследование показывает, что старение — это не просто постепенное угасание функций, а скоординированное и динамичное перестроение иммунной, сосудистой и нейронной систем. Полученные данные открывают возможности для поиска новых терапевтических мишеней, направленных на сохранение целостности нейронных цепей и функций мозга на протяжении всей жизни”, — говорит Сянмин Сюй, PhD, профессор и директор Центра картирования нейронных цепей Калифорнийского университета в Ирвайне, а также один из авторов исследования.
Это исследование — одно из шести работ, опубликованных в журнале Science в рамках программы Национального института здравоохранения США “4D Nucleome” (4DN). В совокупности эти исследования создают новый важный ресурс для ученых и открывают новые возможности для изучения того, как изменения в организации генома влияют на развитие, старение и возникновение заболеваний, в том числе нейродегенеративных.
Нью-Йоркский центр генома. Пер.: PSYCHOL-OK.RU
