Дослідники виявили, що людський мозок починає зазнавати значні зміни в тому, як регулюється його геном, починаючи з середини життя. Отримані результати можуть пояснити, чому вік є найсильнішим фактором ризику нейродегенеративних станів, таких як хвороба Альцгеймера.
У новому дослідженні це Наукавчені використовували передові одноклітинні методи для вивчення генної регуляції та тривимірної організації геному в окремих клітинах людського гіпокампу, області мозку, важливої для навчання та пам’яті. Аналізуючи зразки дорослих людей різного віку, команда створила одну з найдетальніших картин того, як змінюється регуляція генома в міру зростання мозку.
Імунні клітини в мозку зазнають серйозних змін в середньому віці
Одна з найбільш значущих змін була виявлена в мікроглії, імунних клітинах, які допомагають підтримувати та захищати мозок. У віці приблизно від 50 до 75 років дослідники виявили різке зменшення мікроглії, яка з’являється під час ембріонального розвитку. У той же час ці клітини були замінені на клітини, молекулярні характеристики яких були схожі на імунні клітини, знайдені в крові.
Цей результат підтверджує давню гіпотезу про те, що мікроглія з’являється на ранніх стадіях розвитку та залишається в мозку протягом усього життя людини. Замінені клітини, подібні до мікроглії, також показали сильніші ознаки запалення, що свідчить про те, що вони можуть сприяти хронічному запаленню в старіючому мозку.
Дослідники також виявили значне зменшення кількості клітин, які допомагають підтримувати гематоенцефалічний бар’єр. Цей захисний бар’єр допомагає захистити мозок від потенційно шкідливих речовин, що циркулюють у крові.
«Мікроглія важлива для підтримки гомеостазу мозку», — сказав Бінг Рен, доктор філософії, автор-кореспондент дослідження, науковий керівник і директор Центру генома в Нью-Йорку, професор генетики та розвитку, біохімії та молекулярної біофізики та системної біології в Колумбійському університеті та директор Наукового інституту Вагелоса в W. VP&S, Колумбійський університет, «Коли ці клітини не виконують своїх обов’язків. функції, накопичуються токсичні речовини, які можуть викликати запальні процеси, які можуть сприяти нейродегенеративним захворюванням».
Тривимірна структура геному також погіршується з віком
Зміни не обмежилися імунними клітинами. Серед кількох типів клітин мозку дослідники спостерігали значну ерозію тривимірної архітектури геному.
Усередині клітини ДНК не лише випадковим чином зібрана в ядро. Він складається у високоорганізовану тривимірну структуру, яка допомагає контролювати, які гени вмикаються чи вимикаються. Дослідники виявили, що ця організація стає менш організованою з віком, припускаючи, що погіршення структури геному може бути ключовою особливістю старіння мозку.
«Ця робота є важливим кроком у розумінні того, як старіння змінює людський геном у клітинах мозку», — сказав Натан Земке, директор одноклітинної геноміки в Центрі епігеноміки Каліфорнійського університету в Сан-Дієго. «Ці висновки підкреслюють критичну потребу у вивченні генної регуляції та організації геному, щоб отримати механістичне розуміння процесу старіння».
Старіння може включати скоординоване ремоделювання
Отримані результати свідчать про те, що старіння мозку є більш складним процесом, ніж звичайне постійне зниження. Натомість разом змінюються численні системи, включаючи імунні клітини, кровоносні судини, нейрони та організацію геному.
«Важливо те, що це дослідження показує, що старіння — це не просто поступове зниження, а й скоординоване та динамічне ремоделювання імунної, судинної та нейронної систем. Ці висновки відкривають двері для визначення нових терапевтичних цілей, спрямованих на підтримку цілісності кровообігу та функції мозку протягом усього життя». Картографування нейронних ланцюгів в Університеті Каліфорнії в Ірвайні та співавтор дослідження.
Частина десятирічної роботи по картографуванню геному
Дослідження є одним із шести опублікованих у ньому робіт Наука через програму спільного фонду 4D Nucleome (4DN) Національного інституту здоров’я. Десятилітня ініціатива з картографування геному в космосі та того, як ця організація змінюється з часом.
З 2015 по 2025 роки програма 4D Nucleome об’єднала міждисциплінарні дослідницькі групи зі всіх Сполучених Штатів, щоб зрозуміти, як просторова структура геному впливає на біологічні процеси. Окрім цього дослідження, д-р Рен брав участь як співавтор або співавтор у трьох інших статтях. Наука Документи, що досліджують архітектуру геному в різних типах клітин і часових масштабах.
Разом ці дослідження створюють величезний новий ресурс для дослідників і надають нові можливості зрозуміти, як зміни в організації геному сприяють розвитку, старінню та хворобам, включаючи нейродегенеративні розлади.
