Ученые выяснили, что вызывает старение мозга и угасание памяти
Главным механизмом старения мозга и угасания памяти и живости ума в преклонные годы является накопление случайных мутаций в геномах нервных клеток, пишут ученые в статье, опубликованной в журнале Science.
"Мы уже много лет спорим о том, накапливаются ли мутации в ДНК нейронов — клеток, которые обычно не делятся и не обновляются, и влияют ли эти опечатки в геноме на снижение работоспособности мозга по мере старения человека. Раньше на этот вопрос было невозможно ответить, так как мы не могли расшифровать геномы отдельных клеток", — рассказывает Кристофер Уолш (Christopher Walsh) из Гарвардского университета (США).
В последние годы среди ученых заново возродился спор о том, что представляет собой процесс старения и смерти. Некоторые биологи и эволюционисты считают, что он носит не случайный характер и что его контролирует своеобразная "программа смерти" — набор генов, заставляющий организмы дряхлеть и умирать, уступая место новому поколению.
Пытаясь понять, так ли это на самом деле, американские генетики недавно открыли целый набор генов, потенциально связанных с работой этой "программы старения". Нарушения в их функционировании могут объяснять, почему некоторые люди и африканские грызуны голые землекопы живут на несколько десятков лет дольше, чем остальные обитатели Земли.
Сравнительно недавно ученые обнаружили в мозге мышей особую зону, которая управляет старением, однако сами принципы ее работы пока оставались загадкой. Другие биологи усомнились в этом открытии, заявив, что старением клеток мозга управляют случайные мутации, а не какая-то общая для всех программа.
Уолш и его коллеги нашли первое вещественное доказательство того, что мозг стареет из-за накопления мутаций в клетках, расшифровав ДНК полутора сотен одиночных нейронов, извлеченных из гиппокампа (центра памяти) и префронтальной коры мозга давно умерших людей.
Как рассказывают ученые, эти клетки, хранившиеся в биобанке Национальных институтов здоровья США, принадлежали трем десяткам американцев. У двух третей из них не было проблем со здоровьем, а остальные страдали двумя нейродегенеративными заболеваниями: ксеродермой (синдромом "ребенка-вампира") и похожим на нее синдромом Коккейна.
Нейроны носителей этих болезней преждевременно стареют и начинают массово гибнуть уже в детстве, и ученых давно интересовало, связано ли это с нарушениями в механизмах починки ДНК, характерными для этих синдромов, или с какими-то другими изменениями в работе клеток. Для ответа на этот вопрос Уолш и его команда извлекли нити ДНК из каждой клетки, размножили и расшифровали их и сопоставили наборы мелких мутаций в каждом нейроне.
Оказалось, что число мутаций в мозге здоровых людей действительно плавно растет с возрастом, причем скорость их накопления заметно различалась для гиппокампа и коры. В целом новые мутации появлялись в клетках гиппокампа гораздо быстрее, чем в нейронах коры, что может объяснять, почему люди в старости хуже запоминают новую информацию.
Что интересно, возрастные мутации появлялись в нейронах из-за двух взаимосвязанных нарушений: ошибок при починке разрывов в ДНК и повреждений ее нити при появлении молекул оксидантов в ядре клеток. Это приводило к ускоренной гибели клеток носителей синдрома Коккейна и ксеродермы, так как в них отсутствуют механизмы, предотвращающие подобные поломки.
Все это, как считают ученые, говорит о том, что мозг стареет не по какой-то единой программе, заложенной во все клетки, а в результате накопления случайных мутаций в геномах. Соответственно, борьба с оксидантами и разрывами в ДНК может затормозить угасание памяти и общее старение мозга, заключают они.
"Мы уже много лет спорим о том, накапливаются ли мутации в ДНК нейронов — клеток, которые обычно не делятся и не обновляются, и влияют ли эти опечатки в геноме на снижение работоспособности мозга по мере старения человека. Раньше на этот вопрос было невозможно ответить, так как мы не могли расшифровать геномы отдельных клеток", — рассказывает Кристофер Уолш (Christopher Walsh) из Гарвардского университета (США).
В последние годы среди ученых заново возродился спор о том, что представляет собой процесс старения и смерти. Некоторые биологи и эволюционисты считают, что он носит не случайный характер и что его контролирует своеобразная "программа смерти" — набор генов, заставляющий организмы дряхлеть и умирать, уступая место новому поколению.
Пытаясь понять, так ли это на самом деле, американские генетики недавно открыли целый набор генов, потенциально связанных с работой этой "программы старения". Нарушения в их функционировании могут объяснять, почему некоторые люди и африканские грызуны голые землекопы живут на несколько десятков лет дольше, чем остальные обитатели Земли.
Сравнительно недавно ученые обнаружили в мозге мышей особую зону, которая управляет старением, однако сами принципы ее работы пока оставались загадкой. Другие биологи усомнились в этом открытии, заявив, что старением клеток мозга управляют случайные мутации, а не какая-то общая для всех программа.
Уолш и его коллеги нашли первое вещественное доказательство того, что мозг стареет из-за накопления мутаций в клетках, расшифровав ДНК полутора сотен одиночных нейронов, извлеченных из гиппокампа (центра памяти) и префронтальной коры мозга давно умерших людей.
Как рассказывают ученые, эти клетки, хранившиеся в биобанке Национальных институтов здоровья США, принадлежали трем десяткам американцев. У двух третей из них не было проблем со здоровьем, а остальные страдали двумя нейродегенеративными заболеваниями: ксеродермой (синдромом "ребенка-вампира") и похожим на нее синдромом Коккейна.
Нейроны носителей этих болезней преждевременно стареют и начинают массово гибнуть уже в детстве, и ученых давно интересовало, связано ли это с нарушениями в механизмах починки ДНК, характерными для этих синдромов, или с какими-то другими изменениями в работе клеток. Для ответа на этот вопрос Уолш и его команда извлекли нити ДНК из каждой клетки, размножили и расшифровали их и сопоставили наборы мелких мутаций в каждом нейроне.
Оказалось, что число мутаций в мозге здоровых людей действительно плавно растет с возрастом, причем скорость их накопления заметно различалась для гиппокампа и коры. В целом новые мутации появлялись в клетках гиппокампа гораздо быстрее, чем в нейронах коры, что может объяснять, почему люди в старости хуже запоминают новую информацию.
Что интересно, возрастные мутации появлялись в нейронах из-за двух взаимосвязанных нарушений: ошибок при починке разрывов в ДНК и повреждений ее нити при появлении молекул оксидантов в ядре клеток. Это приводило к ускоренной гибели клеток носителей синдрома Коккейна и ксеродермы, так как в них отсутствуют механизмы, предотвращающие подобные поломки.
Все это, как считают ученые, говорит о том, что мозг стареет не по какой-то единой программе, заложенной во все клетки, а в результате накопления случайных мутаций в геномах. Соответственно, борьба с оксидантами и разрывами в ДНК может затормозить угасание памяти и общее старение мозга, заключают они.