Wissenschaftler am Allen Institute haben bestimmte Zelltypen im Gehirn von Mäusen identifiziert, die mit zunehmendem Alter große Veränderungen erfahren, sowie einen bestimmten Hotspot, an dem viele dieser Veränderungen auftreten. Die Entdeckungen, veröffentlicht im Tagebuch Naturkönnte den Weg für zukünftige Therapien ebnen, um den Alterungsprozess im Gehirn zu verlangsamen oder zu steuern.
Die Wissenschaftler entdeckten Dutzende spezifischer Zelltypen, hauptsächlich Gliazellen, sogenannte Gehirnunterstützungszellen, die mit zunehmendem Alter erhebliche Veränderungen der Genexpression erfuhren. Zu den stark betroffenen Zellen gehörten Mikroglia und grenzassoziierte Makrophagen, Oligodendrozyten, Tanyzyten und Ependymzellen.
Sie fanden heraus, dass in alternden Gehirnen die Aktivität der mit Entzündungen verbundenen Gene zunahm, während die mit der neuronalen Struktur und Funktion verbundenen Gene abnahmen.
Sie entdeckten auch einen spezifischen Hotspot, der sowohl die Abnahme der neuronalen Funktion als auch die Zunahme der Entzündung im Hypothalamus kombiniert. Die bedeutendsten Genexpressionsveränderungen wurden in Zelltypen in der Nähe des dritten Ventrikels des Hypothalamus gefunden, darunter Tanyzyten, Ependymzellen und Neuronen, die für ihre Rolle bei der Nahrungsaufnahme, der Energiehomöostase, dem Stoffwechsel und der Nährstoffnutzung unseres Körpers bekannt sind.
Dies weist auf einen möglichen Zusammenhang zwischen Ernährung, Lebensstilfaktoren, Gehirnalterung und Veränderungen hin, die unsere Anfälligkeit für altersbedingte Hirnstörungen beeinflussen können.
„Unsere Hypothese ist, dass diese Zelltypen immer weniger effizient Signale aus unserer Umgebung oder von Dingen, die wir konsumieren, integrieren“, sagte Kelly Jin, Ph.D., Wissenschaftlerin am Allen Institute for Brain Science und Hauptautorin von die Studie. „Und dieser Effizienzverlust trägt irgendwie zu dem bei, was wir als Alterung im Rest unseres Körpers bezeichnen. Ich finde das ziemlich erstaunlich, und ich finde es bemerkenswert, dass wir mit den Methoden, die wir anwenden, in der Lage sind, diese sehr spezifischen Veränderungen zu finden.“ verwenden.“
Zur Durchführung der Studie nutzten die Forscher modernste Einzelzell-RNA-Sequenzierung und fortschrittliche Gehirnkartierungstools, die von NIHs entwickelt wurden BRAIN-Initiative um über 1,2 Millionen Gehirnzellen von jungen (2 Monate alten) und alten (18 Monate alten) Mäusen in 16 großen Gehirnregionen zu kartieren. Die alten Mäuse sind das, was Wissenschaftler als das Äquivalent eines Menschen im späten mittleren Alter betrachten. Das Gehirn von Mäusen weist hinsichtlich Struktur, Funktion, Genen und Zelltypen viele Ähnlichkeiten mit dem menschlichen Gehirn auf.
„Alter ist der wichtigste Risikofaktor für die Alzheimer-Krankheit und viele andere verheerende Erkrankungen des Gehirns. Diese Ergebnisse liefern eine sehr detaillierte Karte darüber, welche Gehirnzellen möglicherweise am stärksten vom Altern betroffen sind“, sagte Richard J. Hodes, MD, Direktor des National Institute des NIH zum Thema Altern. „Diese neue Karte könnte die Art und Weise, wie Wissenschaftler darüber denken, wie sich das Altern auf das Gehirn auswirkt, grundlegend verändern und bietet auch einen Leitfaden für die Entwicklung neuer Behandlungen für altersbedingte Hirnerkrankungen.“
Ein Weg zu neuen Therapien
Das Verständnis dieses Hotspots im Hypothalamus macht ihn zu einem Schwerpunkt für zukünftige Studien. Zusammen mit dem Wissen, welche Zellen gezielt angegriffen werden müssen, könnte dies zur Entwicklung altersbedingter Therapeutika führen, die dazu beitragen, die Funktion zu erhalten und neurodegenerativen Erkrankungen vorzubeugen.
„Wir wollen Werkzeuge entwickeln, die auf diese Zelltypen abzielen können“, sagte Hongkui Zeng, Ph.D., Executive Vice President und Direktor des Allen Institute for Brain Science. „Wenn wir die Funktion dieser Zellen verbessern, können wir dann den Alterungsprozess verzögern?“
Die neuesten Erkenntnisse stimmen auch mit früheren Studien überein, die das Altern mit Stoffwechselveränderungen in Verbindung bringen, sowie mit Forschungsergebnissen, die darauf hindeuten, dass intermittierendes Fasten, ausgewogene Ernährung oder Kalorieneinschränkung die Lebensdauer beeinflussen oder möglicherweise verlängern können.
„Das haben wir in dieser Studie nicht direkt getestet“, sagte Jin. „Aber für mich weist es auf die potenziellen Akteure hin, die an diesem Prozess beteiligt sind, was meiner Meinung nach eine große Sache ist, da es sich um eine sehr spezifische, seltene Population von Neuronen handelt, die sehr spezifische Gene exprimieren, für die Menschen Werkzeuge entwickeln können, um sie gezielt zu untersuchen und weiter zu untersuchen.“ „
Zukünftige Forschung zur Gehirnalterung
Diese Studie legt den Grundstein für neue Strategien in der Ernährung und therapeutische Ansätze, die auf die Erhaltung der Gehirngesundheit bis ins hohe Alter abzielen, sowie für weitere Forschungen zu den Komplexitäten des fortgeschrittenen Alterns im Gehirn. Während Wissenschaftler diese Zusammenhänge weiter erforschen, könnte die Forschung spezifischere diätetische oder medikamentöse Interventionen zur Bekämpfung oder Verlangsamung des Alterns auf zellulärer Ebene ermöglichen.
„Das Wichtigste an unserer Studie ist, dass wir die Schlüsselakteure – die wahren Schlüsselakteure – und die biologischen Substrate für diesen Prozess gefunden haben“, sagte Zeng. „Wenn man die Teile dieses Puzzles zusammenfügt, muss man die richtigen Akteure finden. Das ist ein schönes Beispiel dafür, warum man das Gehirn und den Körper auf dieser zelltypspezifischen Ebene untersuchen muss. Andernfalls passieren Veränderungen in bestimmten Zelltypen.“ könnte ausgemittelt und unentdeckt bleiben, wenn man verschiedene Arten von Zellen miteinander mischt.“
Weitere Informationen:
Gehirnweite zelltypspezifische transkriptomische Signaturen des gesunden Alterns bei Mäusen, Natur (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-08350-8