Атлас мозга стареющей мыши показывает наиболее существенные изменения белого вещества с течением времени

Aug 12, 2023

Фото: Наталья Мисинцева/1425352403/iStock/Getty Images Plus

Причина заметного замедления памяти и познания в процессе старения остается неясной, а молекулярные движущие силы еще более неизвестны. Теперь исследование на мышах показывает, что наиболее выраженные изменения, происходящие с течением времени, происходят в белом веществе — нейронах, которые являются неотъемлемой частью передачи сигналов через мозг. В ходе исследования также изучалось, как два метода борьбы со старением — ограничение калорий и инфузия плазмы молодых мышей — влияют на разные области мозга. Какой из них лучше всего замедлял возрастное снижение? Молодая плазма.

Результаты дают представление о снижении когнитивных функций при нормальном старении, а также о том, как старение способствует нейродегенеративным состояниям, таким как болезни Альцгеймера и Паркинсона, а также рассеянный склероз.

Это исследование опубликовано в журнале Cell в статье «Атлас стареющего мозга мышей показывает, что белое вещество является уязвимыми очагами».

«Я рассматривал это исследование как способ объяснить эту загадочную региональную уязвимость», — сказал Тони Висс-Корэй, доктор философии, профессор неврологии и неврологических наук в Стэнфордском медицинском университете и директор Инициативы Фила и Пенни Найтов по устойчивости мозга в Стэнфордском университете Ву. Институт нейронаук Цай.

Исследователи профилировали 1076 образцов из 15 областей обоих полушарий мозга 59 мышей женского и мужского пола в семи возрастах (от 3 до 27 месяцев). Они определили и оценили лучшие гены, экспрессируемые клетками, обнаруженными в каждой области мозга. Они идентифицировали 82 гена, которые часто встречаются и различаются по концентрации в 10 и более регионах.

Результаты показывают, что белое вещество, которое находится глубоко в мозге и содержит нервные волокна, защищенные миелином белого цвета, демонстрирует самые ранние и наиболее выраженные изменения в экспрессии генов у мышей в возрасте 12 и 18 месяцев.

В частности, авторы пишут, что они идентифицировали «генный признак старения всего мозга в глиальных клетках, который демонстрировал пространственно определенные изменения величины». Объединив пространственную и одноядерную транскриптомику, они обнаружили, что старение глии «особенно ускорялось в белом веществе по сравнению с кортикальными областями, тогда как специализированные популяции нейронов демонстрировали специфичные для региона изменения экспрессии».

«Мы не можем однозначно сказать, как изменения экспрессии генов в белом веществе влияют на память и познание. Это потребует дополнительных генетических манипуляций и нейробиологической работы», — сказал Висс-Корей. «Но мы знаем, что белое вещество — это проводка, соединяющая различные области мозга вместе».

Предыдущие исследования показали, что старение нарушает стабильный паттерн экспрессии генов в мозге, активируя гены, регулирующие воспаление и иммунный ответ, и отключая гены, ответственные за синтез белка и коллагена. Воспаление и иммунный ответ влияют на целостность миелиновой оболочки — изолирующего слоя вокруг нервов, ответственного за передачу сигналов через мозг.

«Белое вещество было довольно игнорируемой областью в исследованиях старения, которые обычно фокусируются на областях с высокой плотностью нейронов, таких как кора или гиппокамп», — сказал Оливер Хан, доктор философии, бывший научный сотрудник лаборатории Висс-Корей, а теперь главный исследователь. в Калико Life Sciences. «Тот факт, что по нашим данным белое вещество становится областью особой уязвимости к старению, открывает новые и интригующие гипотезы».

В ходе исследования команда изучила два вмешательства — ограничение калорий и инъекции плазмы молодых мышей — чтобы оценить, защищают ли они от изменений в экспрессии генов, специфичных для региона. Каждое вмешательство начиналось, когда мышам было 19 месяцев, и продолжалось четыре недели.

Исследователи обнаружили, что ограничение калорий вызывает включение генов, связанных с циркадными ритмами, в то время как вмешательство в плазму активирует гены, участвующие в дифференцировке стволовых клеток и созревании нейронов, что приводит к избирательному обращению вспять возрастной экспрессии генов.

«Похоже, что эти вмешательства воздействовали на очень разные области мозга и [вызывали] совершенно разные эффекты», — сказал Хан. «Это говорит о том, что в мозге существует множество областей и путей, которые могут улучшить когнитивные функции в пожилом возрасте».