Учёные обнаружили белок, который помогает стареющим клеткам мозга восстанавливать некоторые утраченные функции. В экспериментах на пожилых мышах введение этого вещества улучшило способность иммунных клеток очищать мозг от клеточного мусора и уменьшило признаки воспалительных процессов. Открытие может помочь разобраться в механизмах старения мозга и развития нейродегенеративных заболеваний, включая болезнь Альцгеймера.
Исследование провели специалисты Медицинской школы Икана при медицинском центре Маунт-Синай в США. Их внимание привлёк белок TIMP2, ранее связанный с процессами, характерными для молодого организма. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.
Главными объектами исследования стали клетки микроглии — особые иммунные клетки, выполняющие в мозге функции защиты и обслуживания. Они удаляют клеточные отходы, поддерживают нормальную работу связей между нейронами и реагируют на повреждения нервной ткани.
Однако с возрастом микроглия постепенно теряет эффективность. Клетки хуже справляются с очисткой окружающей среды и могут переходить в состояния, связанные с воспалением. Такие изменения способны нарушать нормальную работу мозга.
Старение считается главным известным фактором риска болезни Альцгеймера и других нейродегенеративных заболеваний, но учёные до сих пор не до конца понимают, какие именно биологические процессы делают пожилой мозг более уязвимым.
Исследователи предположили, что важную роль в этом может играть белок TIMP2. Предыдущие работы уже показали его участие в регуляции синаптической пластичности — способности мозга усиливать или ослаблять связи между нейронами. Этот механизм необходим для обучения и памяти.
Тогда выяснилось, что белок влияет на синаптическую пластичность через внеклеточный матрикс — сеть молекул, окружающих клетки и участвующих в регулировании их активности. Теперь учёные решили проверить, способен ли TIMP2 также управлять работой иммунной системы мозга.
Для этого они провели серию экспериментов на нескольких группах мышей. У одних животных генетически полностью отсутствовал TIMP2 во всём организме. У других исследователи удалили белок только из клеток микроглии или только из нейронов.
Такой подход позволил сравнить последствия отсутствия белка в разных типах клеток и выяснить, как он влияет на иммунную защиту мозга.
Чтобы проследить изменения, учёные использовали несколько методов. В частности, они анализировали активность генов в отдельных клеточных ядрах, изучали ткани с помощью детальной визуализации и проверяли функциональные возможности клеток.
Дополнительно применялся микродиализ — метод, позволяющий собирать и исследовать вещества из жидкости, окружающей клетки непосредственно в живой мозговой ткани.
Результаты показали, что отсутствие TIMP2 заметно меняет состояние микроглии. Клетки приобретали признаки, характерные для старения и повреждения мозга. Изменялись показатели их активации, снижалась способность удалять клеточные отходы, появлялись молекулярные признаки клеточного старения и стресса.
Причём последствия затрагивали не только саму микроглию. Во внеклеточной среде мозга исследователи обнаружили повышенные уровни белков, связанных с воспалением и стрессовыми реакциями.
Это указывало на то, что TIMP2 помогает удерживать иммунные клетки мозга от перехода в потенциально вредные состояния.
Следующий эксперимент был посвящён главному вопросу: можно ли вернуть стареющим клеткам часть утраченных способностей, если восстановить доступность этого белка?
Исследователи начали вводить TIMP2 пожилым мышам с помощью инъекций, позволяя ему циркулировать в кровотоке. После лечения состояние микроглии заметно улучшилось.
Клетки стали эффективнее удалять клеточный мусор, а количество молекулярных признаков, связанных с воспалительными состояниями, уменьшилось. Иными словами, добавление белка, связанного с молодостью, помогло стареющим иммунным клеткам частично восстановить функции, которые обычно ослабевают с возрастом.
По словам одного из руководителей исследования Джозефа Кастеллано, TIMP2 способствует здоровой работе иммунных клеток мозга, поддерживая их способность очищать окружающую среду и ограничивать нежелательные реакции.
Особый интерес вызывает то, что этот белок связан сразу с несколькими важными процессами. Ранее была установлена его роль в пластичности связей между нейронами, а теперь обнаружилось влияние на микроглию. Это позволяет предположить, что TIMP2 участвует в регулировании нескольких механизмов, необходимых для нормальной работы мозга.
Кроме того, результаты указывают на возможную связь между веществами, циркулирующими в крови и ассоциированными с молодостью, и врождённой иммунной системой мозга. Именно эта система обеспечивает первоначальную защиту нервной ткани от повреждений и других угроз.
Открытие представляет интерес для исследований болезни Альцгеймера и других возрастных неврологических нарушений. Поскольку изменения в работе микроглии могут сопровождаться вредными воспалительными реакциями, сохранение её нормальных функций рассматривается как перспективное направление научных исследований.
Однако говорить о создании нового лечения пока преждевременно. Все основные результаты получены в экспериментах на мышах. Учёным ещё неизвестно, оказывает ли TIMP2 аналогичное действие на человеческий мозг и можно ли безопасно использовать его для борьбы с возрастными изменениями.
Также предстоит выяснить, что окажется более перспективным для будущей терапии: введение самого белка или воздействие на биологические механизмы, которыми он управляет.
Кастеллано подчёркивает, что исследование помогает лучше понять, как связанные с молодостью биологические факторы влияют на старение мозга. В дальнейшем эти знания могут стать основой для разработки новых терапевтических подходов.
Главный результат работы заключается в том, что учёным удалось не только выявить роль TIMP2 в поддержании иммунной защиты мозга, но и частично восстановить ослабленные функции стареющих клеток с помощью его введения. Пока этот эффект подтверждён только у мышей, однако он показывает, что некоторые возрастные изменения в работе микроглии потенциально поддаются обратному воздействию.
