Ученые из Стэнфордского университета нашли важную подсказку к тому, почему мозг с возрастом начинает работать хуже.
Исследование указывает на сбои в системе производства белков внутри клеток. Именно эти нарушения могут запускать широкие проблемы, связанные с когнитивным снижением и нейродегенеративными заболеваниями, включая болезнь Альцгеймера.
Работа была опубликована в журнале Science.
Что происходит с белками при старении
Исследователи изучали протеостаз — систему, которая помогает клеткам правильно создавать, поддерживать и утилизировать белки.
Когда эта система ломается, поврежденные белки могут накапливаться и образовывать вредные сгустки. Такие скопления мешают нормальной работе мозга.
По словам ученых, результаты дают одно из самых ясных объяснений того, почему стареющий мозг становится более уязвимым к болезням и снижению умственных функций.
Автор исследования Джудит Фридман из Стэнфорда отмечает: с возрастом многие процессы в организме начинают работать хуже, но ученые до сих пор не до конца понимают фундаментальные молекулярные причины старения. Новая работа, по ее словам, начинает объяснять, почему при старении усиливается агрегация белков и нарушаются процессы их производства.
Почему ученые изучали маленькую рыбу
Чтобы понять, что происходит в стареющем мозге, исследователи использовали бирюзового киллифиша — Nothobranchius furzeri.
Эти яркие рыбы живут в временных пресноводных водоемах африканской саванны. У них очень короткая продолжительность жизни, и возрастные проблемы развиваются быстро.
Для науки это удобно: у мышей и других млекопитающих старение идет гораздо медленнее, поэтому изучение его причин может занимать годы. А киллифиши позволяют наблюдать похожие процессы намного быстрее.
Команда сравнила молодых, взрослых и старых рыб. Ученые изучали разные элементы производства белков в клетках мозга: уровни аминокислот, транспортную РНК, матричную РНК, белки и другие компоненты клеточной «фабрики».
Где возникает сбой
Протеостаз держится на балансе: клетка должна создавать новые белки, удалять поврежденные и не позволять им неправильно сворачиваться.
Если белки сворачиваются неправильно и слипаются, могут появляться токсичные агрегаты. Такие белковые скопления тесно связаны с нейродегенеративными болезнями, включая болезнь Альцгеймера.
Лаборатория Фридман много лет изучала, как клетки поддерживают протеостаз у более простых организмов, например у дрожжей и круглых червей. Новое исследование показывает, что похожие механизмы старения есть и у более сложных позвоночных — таких как киллифиши и люди.
Главная проблема оказалась связана с определенной стадией синтеза белка — элонгацией трансляции.
В этот момент рибосомы движутся вдоль цепочек мРНК и собирают белки, добавляя аминокислоты одну за другой.
Но в мозге старых рыб рибосомы часто останавливались или сталкивались друг с другом. Возникали молекулярные «пробки». Из-за этого нормальных белков становилось меньше, а белковые скопления появлялись чаще.
Это может объяснить еще одну загадку старения
Открытие также помогает понять другой странный признак старения — «расцепление» белков и транскриптов.
Обычно мРНК несет инструкции для создания белков. Но у стареющих организмов изменения уровней мРНК часто перестают совпадать с изменениями уровней белков.
Команда Стэнфорда показала, что нарушения в синтезе белков, особенно связанные с рибосомами, могут объяснять этот разрыв.
Многие белки, которые страдают из-за таких сбоев, участвуют в поддержании стабильности генома и целостности клеток. Когда эти системы ослабевают, могут запускаться более широкие возрастные нарушения.
Фридман объясняет: если производство белков с возрастом теряет точность, это дает основу для понимания, почему другие процессы тоже начинают ломаться.
Новый возможный путь к изучению Альцгеймера
Теперь исследователи хотят проверить, вносит ли дисфункция рибосом прямой вклад в нейродегенеративные заболевания у людей.
Они также изучат, могут ли методы, направленные на улучшение производства белков, защищать стареющий мозг.
Особый интерес вызывает возможность повысить эффективность трансляции или улучшить контроль качества рибосом. В теории это могло бы помочь восстановить более здоровый баланс белков в клетках мозга и, возможно, замедлить когнитивное снижение.
Один из ведущих авторов работы, Чжэ Хо Ли, отметил, что исследование дает новые представления о создании, работе и поддержании белков, а также указывает на потенциальную новую цель для вмешательства при возрастных заболеваниях.
Команда также продолжает изучать, как эти молекулярные процессы влияют на долголетие и когнитивное старение у разных видов.
Главная идея исследования проста: старение мозга может быть связано не только с накоплением повреждений, а с тем, что клеточная система производства белков начинает работать с ошибками. И эти крошечные «пробки» внутри клеток могут иметь большие последствия для памяти, мышления и риска болезни Альцгеймера.
