Naujas tyrimas rodo, kad senstant smegenų „šiukšlių šalinimo“ sistema ima veikti prasčiau: ilgaamžės nervinės ląstelės (neuronai) pradeda perduoti sulipusius, pasenusius baltymus kitoms smegenų ląstelėms.
Daugelis šių baltymų dalyvauja signalų perdavime sinapsėse – smulkiose jungtyse tarp neuronų. Tačiau su amžiumi baltymai nebe taip lengvai suskaidomi, ima kauptis ir tarsi „užkemša“ sinapses, trukdydami jų darbui.
Tuomet į pagalbą ateina atraminės smegenų ląstelės – mikroglijos. Jos pašalina užsikimšusias sinapses, kad neuronai ir toliau galėtų perduoti signalus. Vis dėlto, tyrėjų teigimu, toks valymas ilgainiui gali sutrikdyti smegenų ląstelių tarpusavio ryšius.
Šie duomenys sujungia kelias iki šiol atskirai nagrinėtas sritis, susijusias su neurodegeneracinėmis ligomis, ir gali atverti kelią naujiems gydymo taikiniams.
Sinapsių nykimas ir sutrikusi jų veikla jau anksčiau buvo siejami su amžiumi susijusiu pažintinių funkcijų silpnėjimu, taip pat stebėti sergant Alzheimerio liga ir kitomis neurodegeneracinėmis būklėmis. Vis dėlto manoma, kad sinapsių pažeidimą lemia sudėtinga tarpusavyje susijusių procesų kaskada.
„Mes nesiekėme atskirai tirti sinapsių. Mums labiau rūpėjo suprasti, kokie mechanizmai lemia bendrą neuronų sveikatos ir funkcijos blogėjimą su amžiumi“, – aiškina Stenfordo universiteto neuromokslininkas Ianas Guldneris. – „Taip jau sutapo, kad nustatėme: būtent sinapsių baltymai yra ypač pažeidžiami sulėtėjusiam skaidymui ir kaupimuisi.“
Žmogaus smegenyse yra apie 86 milijardus neuronų, o kiekvienas jų gali būti sujungtas net su 10 000 kitų. Vadinasi, mūsų „biologiniame kompiuteryje“ gali būti daugiau nei kvadrilijonas sinapsių.
Šiuos sudėtingus ryšius palaiko sinapsiniai baltymai: jie padeda neuronams augti, lemia, kur formuosis sinapsės, ir reguliuoja neuromediatorių – cheminių „žinučių“, kuriomis neuronai perduoda signalus, – išsiskyrimą.
Prieš sutelkdami dėmesį į sinapses, mokslininkai pirmiausia siekė išsiaiškinti, kaip su amžiumi kinta baltymų perdirbimas gyvų gyvūnų smegenų ląstelėse. Tam jie pažymėjo ir stebėjo tūkstančius baltymų jauniklių, vidutinio amžiaus ir senų pelių smegenyse.
Tyrėjų komanda sukūrė naujo tipo biologinę žymę, kuri įsiterpia į baltymus jų susidarymo metu, kai jie formuojami iš aminorūgščių. Tai leido nustatyti, kiek laiko baltymai išlieka iki suskaidymo ir perdirbimo.
Eksperimentai parodė, kad 24 mėnesių amžiaus pelių smegenų ląstelės baltymus perdirbo gerokai neefektyviau nei 4 mėnesių amžiaus gyvūnų smegenyse. Senų pelių neuronuose baltymų perdirbimas užtrukdavo maždaug dvigubai ilgiau, todėl „nusidėvėję“ baltymai turėjo daugiau laiko kauptis ir sulipti.
Pasak tyrėjų, baltymų apykaitos sulėtėjimas ryškiau pasireiškia po vidutinio amžiaus. Be to, bandymai atskleidė, kaip neuronai gali „iškrauti“ baltymų sankaupas į mikroglijas – pagrindines centrinės nervų sistemos imunines bei atliekas šalinančias ląsteles.
Mikroglijos ne tik šalina atliekinius baltymus, bet ir „apgeni“ pažeistas sinapses, siekdamos palaikyti sveikus ryšius tarp smegenų ląstelių.
„Jei mikroglijos pasiima sinapsėse susikaupusius pažeistus baltymus, tai gali jas perkrauti ir sukelti jų disfunkciją. Galutinis poveikis smegenų sveikatai būtų žalingas“, – teigia Guldneris.
Tyrėjai kol kas nežino, kodėl būtent sinapsiniai baltymai – labiau nei tūkstančiai kitų tirtų pelių smegenų baltymų – yra linkę sudaryti sankaupas. Vis dėlto rezultatai leidžia numatyti mechanizmą, kuris padeda susieti sinapsių nykimą ir mikroglijų sutrikimus. Tai gali būti dalis procesų kaskados, vedančios į neurodegeneracines ligas senatvėje.
Nustatyta, kad dalis baltymų, kuriuos mikroglijos „perėmė“ iš perkrautų neuronų, anksčiau jau buvo siejami su Alzheimerio ir Parkinsono ligomis. Tačiau tyrėjai aptiko ir daug baltymų, kurie iki šiol nebuvo sieti su neurodegeneracija.
„Pagrindinis šio darbo pasiekimas yra techninė pažanga – galimybė stebėti baltymų irimą ir agregaciją būtent neuroninėse ląstelėse“, – komentavo Maks Planko biochemijos instituto direktorius, biochemikas F. Ulrichas Hartlis, tyrime nedalyvavęs.
Guldnerio teigimu, jei pavyktų pritaikyti šią sistemą tiriant iš neuronų kilusius baltymus kraujyje senėjimo ir ligų metu, ateityje būtų galima nustatyti naujus smegenų sveikatos biomarkerius.
