Smegenų „šiukšlių šalinimo“ sistema, kaip rodo naujas tyrimas, senstant ima veikti prasčiau – ilgaamžės nervinės ląstelės (neuronai) pradeda perduoti sulipusius, pasenusius baltymus kitoms smegenų ląstelėms.
Daugelis šių baltymų dalyvauja smegenų ląstelių signalų perdavime sinapsėse – smulkutėse jungtyse tarp neuronų. Tačiau senstant šie baltymai nebėra taip lengvai suardomi ir pradeda kauptis, tarsi „užkimšdami“ sinapses.
Į pagalbą stoja atraminės smegenų ląstelės – mikroglijos. Jos šalina užsikimšusias sinapses, kad neuronai ir toliau galėtų perduoti signalus, tačiau, tyrėjų manymu, toks valymas ilgainiui gali sutrikdyti smegenų ląstelių tarpusavio ryšius.
Nauji duomenys susieja kelias iki šiol atskirai nagrinėtas sritis mūsų supratime apie neurodegeneracines ligas ir gali atverti kelią naujiems gydymo taikiniams.
Sinapsių nykimas ir sutrikusi jų veikla jau anksčiau buvo sieti su su amžiumi susijusiu pažintinių funkcijų silpnėjimu ir stebėti sergant Alzheimerio bei kitomis neurodegeneracinėmis ligomis, nors tikėtina, kad į sinapsių pažeidimą veda visas sudėtingas įvykių kaskadas.
„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. – „Tiesiog taip 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. Taigi mūsų „biologiniame kompiuteryje“ tarp ausų yra daugiau nei kvadrilijonas sinapsių.
Šiuos sudėtingus ryšius palaiko sinapsiniai baltymai: jie padeda neuronams augti, lemia, kur susiformuos sinapsės, ir reguliuoja neuromediatorių – cheminių žinučių, kuriomis neuronai siunčia signalus, – išsiskyrimą.
Prieš sutelkdami dėmesį į sinapses, mokslininkai pirmiausia norėjo išsiaiškinti, kaip su amžiumi keičiasi baltymų perdirbimas gyvų gyvūnų smegenų ląstelėse. Jie pažymėjo ir sekė tūkstančius baltymų jauniklių, vidutinio amžiaus ir senų pelių smegenyse.
Tyrėjų komanda sukūrė naujo tipo biologinę žymę, kuri įsijungia į baltymus dar jiems besiformuojant iš aminorūgščių. Taip buvo galima stebėti, kiek laiko baltymai išsilaiko iki suskaidymo ir perdirbimo.
Eksperimentai parodė, kad 24 mėnesių amžiaus pelių smegenų ląstelės baltymus perdirbo gerokai neefektyviau nei vos 4 mėnesių amžiaus gyvūnų smegenyse.
Senų pelių neuronų baltymų perdirbimas užtrukdavo dvigubai ilgiau nei jauniklių, todėl „nusidėvėję“ baltymai turėjo daugiau laiko susikaupti ir sulipti.
Šis baltymų apykaitos sulėtėjimas, pasak tyrėjų, išryškėja po vidutinio amžiaus.
Dar daugiau – bandymai atskleidė, kaip neuronai „iškrauna“ baltymų sankaupas į mikroglijas – pagrindines centrinės nervų sistemos imuninės gynybos ir atliekų šalinimo ląsteles.
Be atliekų baltymų šalinimo, mikroglijos taip pat „apgeni“ pažeistas sinapses, kad išlaikytų 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“, – sako Guldneris.
Tyrėjai kol kas nežino, kodėl būtent sinapsiniai baltymai labiau nei tūkstančiai kitų tirtų pelės smegenų baltymų linkę susipainioti į šiuos gumulus.
Vis dėlto rezultatai leidžia įžvelgti mechanizmą, kuris sujungia taškus tarp sinapsių nykimo ir mikroglijų sutrikimų – tai gali būti dalis kaskados, vedančios į neurodegeneracines ligas senatvėje.
Nustatyta, kad dalis baltymų, kuriuos mikroglijos „surijo“ iš perkrautų neuronų, jau anksčiau buvo siejami su Alzheimerio ir Parkinsono ligomis. Tačiau, įdomu tai, tyrėjai aptiko ir daugybę iki šiol su neurodegeneracija nesietų baltymų.
„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, nedalyvavęs tyrime.
Guldnerio teigimu, jei pavyktų pritaikyti šią sistemą tirti iš neuronų kilusius baltymus kraujyje senėjimo ir ligų metu, ateityje būtų galima nustatyti naujus smegenų sveikatos biomarkerius.
