Kāpēc cilvēka smadzenes ir tik pakļautas ar vecumu saistītām slimībām?
Vājāka neironu enerģijas ražošana var palīdzēt izskaidrot, kāpēc cilvēka smadzenes ir tik neaizsargātas pret ar vecumu saistītām slimībām, liecina jauns pētījums Salk institūtā Kalifornijā.
Zinātnieki izmantoja jaunu stratēģiju, lai atklātu, ka vecāku cilvēku šūnām ir disfunkcionālas mitohondrijas - šūnu spēkstacijas - un zemāka enerģijas ražošana.
Mitohondriji ir atbildīgi par mūsu pārtikas pārveidošanu ķīmiskajā enerģijā, ko mūsu šūnas var izmantot. Mitohondriju gēnu defekti var izraisīt slimības, taču pētnieki arī zina, ka mitohondriji ar vecumu kļūst mazāk efektīvi un var izraisīt ar vecumu saistītus traucējumus, piemēram, Alcheimera un Parkinsona slimības.
Novecošanās ietekmes izpēte uz mitohondrijām varētu palīdzēt pētniekiem labāk izprast zināmo saikni starp mitohondriju disfunkciju un ar vecumu saistītām smadzeņu slimībām.
Jaunie atklājumi tiek publicēti žurnālā Šūnu pārskati.
"Lielākajā daļā citu metožu izmanto ķīmisko spriedzi šūnās, lai simulētu novecošanos," sacīja vecākais autors Dr Rusty Gage, profesors Salk's Ģenētikas laboratorijā. "Mūsu sistēmas priekšrocība ir parādīt, kas notiek ar mitohondrijiem, kas dabiski noveco cilvēka ķermenī."
Iepriekš Geidža pētnieku grupa bija izstrādājusi metodi, kā tieši pārveidot ādas šūnas neironos (sauktos par inducētiem neironiem jeb iN). Lielākā daļa neironu radīšanas paņēmienu no pacienta šūnām ir atkarīgi no starpcilmes šūnu starpposma (izveidojot tā sauktās inducētās pluripotentās cilmes šūnas), kas atjauno novecošanās šūnu marķierus. Bet šie iN saglabāja novecošanās pazīmes, tostarp izmaiņas gēnu aktivitātē un šūnu kodolos, komanda ziņoja 2015. gadā.
Šajā pētījumā zinātnieki vēlējās izpētīt, vai mitohondriji šūnās iN pārveidošanas procesā saglabāja arī novecošanās pazīmes. Tātad, izmantojot ādas šūnas, kas ņemtas no cilvēkiem vecumā no 0 līdz 89 gadiem, pētnieki no katra donora izveidoja iN un pēc tam izmantoja dažādas metodes, lai pētītu katra šūnu komplekta mitohondrijas.
Mitohondrijās ādas šūnās, kas izolētas no katras personas, bija dažas ar vecumu saistītas izmaiņas. Tomēr, kad šūnas tika tieši pārveidotas par neironiem, vecāku donoru mitohondriji ievērojami atšķīrās. Piemēram, mitohondriju gēni, kas saistīti ar enerģijas ražošanu, tika izslēgti, un mitohondriji bija mazāk blīvi, vairāk sadrumstaloti un radīja mazāk enerģijas.
"Diezgan daudzām jomām, kuras mēs apskatījām - funkcionālajiem, ģenētiskajiem un morfoloģiskajiem - bija defekti," sacīja Dr Jerome Mertens, Salk personāla zinātnieks un līdzautors jaunajam rakstam.
Zinātnieki izvirzīja hipotēzi, ka iemesls, kāpēc iNs mitohondrijus vairāk ietekmē novecošanās nekā ādas šūnu mitohondriji, bija tāds, ka neironi enerģijai ir vairāk atkarīgi no mitohondrijām.
"Ja jums ir veca automašīna ar sliktu motoru, kas katru dienu sēž jūsu garāžā, tas nav svarīgi," sacīja Mertens. "Bet, ja jūs braucat ar šo automašīnu, dzinējs kļūst par lielu problēmu."
Atzinums parāda, kā novecošana var dažādi ietekmēt orgānus visā ķermenī.
Pēc tam komanda plāno pielietot savu tehniku, lai pētītu ar vecumu saistītas slimības, tostarp Alcheimera un Parkinsona slimības. Iepriekšējā darbā mitohondriju defekti ir saistīti ar šīm slimībām. Apkopojot ādas šūnas no pacientiem ar šīm slimībām un izveidojot iN, komanda var apskatīt, kā šo pacientu neironu mitohondriji atšķiras no neironu mitohondriem neietekmētiem vecākiem cilvēkiem.
"Nav cita cilvēka in vitro neironu modeļa, kas pētītu novecošanos," teica pētnieks Yongsung Kim, pētījuma līdzstrādnieks un pirmais raksta autors. "Tātad mūsu raksta lielākais nopelns ir tas, ka mēs izstrādājām rīku, kas ļauj mums pētīt neiroloģisko novecošanos un ar vecumu saistītās slimības."
Avots: Salk institūts
