В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Nature , ученые из Института мозга Аллена в США исследовали, как разные типы клеток в мозге мыши изменяются на генетическом уровне с возрастом. Проанализировав более 1,2 миллиона транскриптомов отдельных клеток молодых и старых мышей, исследователи выявили ключевые сдвиги экспрессии генов, связанные со старением. Эти сдвиги подчеркивают определенные молекулярные механизмы, такие как активация иммунной системы и снижение структурной целостности, в различных типах клеток. Эти результаты могут помочь выявить области мозга и клетки, наиболее подверженные старению.
Гипоталамус как центр старения: исследование выявило гипоталамус, особенно область третьего желудочка, как центральную горячую точку старения со значительными молекулярными изменениями в таницитах, эпендимальных клетках и нейронах, связанными с энергетическим гомеостазом.
Старение — это естественный процесс, характеризующийся клеточными и молекулярными изменениями, которые влияют на общую функцию. В мозге старение проявляется в виде измененной активности клеток, воспаления и снижения нейрогенеза, среди прочих изменений. Предыдущие исследования выявили общие маркеры старения в тканях и некоторые изменения, специфичные для мозга. Однако, учитывая сложность мозга и его многочисленные типы клеток и функции, остается неясным, как конкретные типы клеток способствуют старению. Новые данные показывают, что определенные области, такие как третий желудочек гипоталамуса, служат центрами изменений, связанных со старением. Недавние достижения в области транскриптомики отдельных клеток предоставили беспрецедентные знания о клеточном разнообразии и позволили исследователям идентифицировать изменения с высоким разрешением.
Исследование показало, что старение приводит к значительным изменениям в экспрессии генов в различных типах клеток мозга, и выявило 2449 дифференциально экспрессируемых генов с уникальными и общими сигнатурами в разных типах клеток. Нейроны, глиальные и сосудистые клетки показали различные паттерны экспрессии генов, при этом многие дифференциально экспрессируемые гены были связаны с активацией иммунной системы, структурной целостностью и клеточным старением.
Целостность миелина в олигодендроцитах: исследование выявило связанные со старением нарушения функции олигодендроцитов с изменением экспрессии генов транспорта липидов и биосинтеза, что указывает на нарушение поддержания миелиновой оболочки.
Примечательно, что нейроны продемонстрировали сниженную экспрессию синаптических сигнальных и структурных генов, таких как Ccnd2, в то время как микроглия продемонстрировала увеличение воспалительных маркеров, таких как Ildr2 и Ccl4. Глиальные клетки, такие как астроциты и олигодендроциты, продемонстрировали сниженную экспрессию генов, связанных с поддержкой. Напротив, экспрессия генов, связанных с иммунитетом, была выше в микроглии, макрофагах и других типах иммунных клеток.
Более того, специфичные для региона изменения были обнаружены вблизи гипоталамического третьего желудочка, где танициты и эпендимальные клетки показали заметные возрастные сдвиги. Эти сдвиги включали повышенную сигнализацию интерферонового ответа и снижение маркеров структурного поддержания. Аналогичным образом, олигодендроциты в стареющем мозге показали измененные паттерны экспрессии генов, что указывает на нарушенную целостность миелина.
Сосудистые клетки, особенно эндотелиальные клетки, также показали изменения экспрессии генов, связанные со старением, связанные с генами, участвующими в презентации антигена главного комплекса гистосовместимости (MHC), с доказательствами нарушения сосудистой функции. Кроме того, микроглиальные клетки в стареющем мозге образовали новые кластеры, связанные с провоспалительными и старческими состояниями. Пространственный анализ подтвердил повышенную иммунную активность, локализованную в подкорковых областях, особенно в среднем и заднем мозге.