Mozog sa s vekom začne zapĺňať biologickým odpadom. Vedci zo Stanfordu objavili proces, ktorý môže stáť za stratou pamäti
Výskumníci sa v novej štúdii pozreli na to, ako sa mozog čistí od poškodených proteínov, ktoré sa postupom času hromadia.
Mozog človeka sa počas života mení. V mladosti vytvára nové spojenia rýchlo, učenie ide ľahšie a pamäť funguje spoľahlivo. S pribúdajúcim vekom však časť týchto schopností oslabne. Neuróny postupne stratia časť prepojení a myslenie sa spomalí.
Vedci tento proces sledujú už desaťročia, presná príčina však dlho unikala. Nový výskum zo Stanfordskej univerzity priniesol zaujímavú stopu. Vedci zistili, že mozog starších jedincov začne hromadiť poškodené proteíny, ktoré sa nerozložia dostatočne rýchlo. Výsledkom je postupné zahltenie buniek biologickým odpadom.
Čo presne stojí za úbytkom synapsií v staršom veku života?
Mozog funguje vďaka miliardám spojení medzi neurónmi. Tieto spojenia nesú názov synapsie. Práve cez ne putujú signály, ktoré umožnia myslenie, učenie aj pamäť.
Synapsie sa počas života menia. Niektoré vzniknú, iné zaniknú. Tento proces je normálny a dokonca nevyhnutný.
Problém nastane v starobe. Počet synapsií začína klesať rýchlejšie než kedykoľvek predtým, čo výskumníci spájajú s demenciou aj Alzheimerovou chorobou.
Neprehliadni
Výskumníci zo Stanfordu sa preto zamerali na otázku, čo presne stojí za týmto úbytkom.
Každá bunka v tele obsahuje mechanizmy, ktoré jej dovoľujú rozložiť odpadové proteíny. Tento proces funguje podobne ako recyklačný systém. Staré proteíny sa rozdelia na menšie časti a bunka ich využije znova.
V mladom mozgu tento systém pracuje veľmi efektívne. Nový výskum však ukázal, že v starobe sa celý proces výrazne spomalí.
Vedci sledovali životný cyklus proteínov v mozgu myší v rôznych fázach života, v mladosti, strednom veku aj v starobe.
Staré myši potrebovali takmer dvojnásobne dlhší čas na rozklad proteínov než mladé.
To je pre neuróny veľký problém. Na rozdiel od buniek kože alebo pečene sa totiž neuróny počas života nedelia.
Ak sa v nich začne hromadiť odpad, nemajú spôsob, ako ho „zriediť“ rozdelením bunky. Neurón musí s týmto materiálom existovať celé desaťročia. Preto je aj malé spomalenie recyklácie v mozgu oveľa nebezpečnejšie než v iných orgánoch.
Proteíny sa postupom času začnú zhlukovať do agregátov
Poškodené proteíny sa môžu začať spájať do väčších štruktúr nazývaných proteínové agregáty. Podobné zhluky sa objavujú aj pri Alzheimerovej alebo Parkinsonovej chorobe.
Vedci ich zaznamenali aj v mozgoch starších myší. Podľa hlavného autora štúdie Iana Guldnera sa tieto dva procesy môžu navzájom posilňovať.
„Je možné, že proteíny sa rozkladajú pomaly práve preto, že sa začnú spájať do zhlukov, ktoré sa likvidujú oveľa ťažšie,“ vysvetlil Guldner.
Imunitné bunky mozgu sa pri záplave poškodených proteínov začínajú mýliť
Výskum priniesol ešte jeden zaujímavý detail. Poškodené synaptické proteíny sa často presunuli do špeciálnych imunitných buniek mozgu nazývaných mikroglie.
Tieto bunky fungujú ako záhradníci nervového systému. Odstraňujú poškodené alebo nepoužívané synapsie, aby ostatné spojenia mohli fungovať efektívne.
Problém nastane v momente, keď mikroglie zaplavia poškodené proteíny. Ich „nožnice“ potom môžu začať pracovať nesprávne. Namiesto slabých synapsií môžu odstrániť aj tie zdravé.
„Ak mikroglia prijíma veľké množstvo poškodených proteínov zo synapsií, môže ju to zahltiť a zhoršiť jej funkciu,“ uviedol Guldner.
Takýto proces by mohol vysvetliť, prečo sa niektoré formy kognitívneho úpadku zhoršujú pomerne rýchlo.
Výskumníci vyvinuli aj technológiu, ktorá umožnila sledovať život proteínov priamo v neurónoch. Inšpiráciu poskytol výskum bioortogonálnej chémie, za ktorý získala vedkyňa Carolyn Bertozzi Nobelovu cenu.
Vedci vytvorili špeciálnu aminokyselinu s „,markerom“, ktorý zabudovali do novo vznikajúcich proteínov. Každý nový proteín tak dostal akýsi mikroskopický čiarový kód.
Na rozdiel od starších metód bol tento marker pre bunku prakticky neviditeľný a nezasahoval do jej fungovania.
Výsledkom bolo mimoriadne presné sledovanie životného cyklu proteínov.
Mozog používa dve úrovne na svoje čistenie
Zistenia zo Stanfordu zapadajú aj do širšieho obrazu fungovania mozgu. Vedci už skôr objavili takzvaný glymfatický systém, ktorý počas hlbokého spánku preplachuje mozog a odstraňuje voľné proteíny z priestoru medzi bunkami.
Guldnerov výskum sa zameral na iný problém, čo sa deje vo vnútri neurónov, keď sa poškodené proteíny prestanú rozkladať dostatočne rýchlo.
Spolu tieto dva mechanizmy ukazujú, že mozog potrebuje dva typy čistenia, jeden medzi bunkami a druhý priamo v nich.
Výskumníci chcú teraz zistiť, či sa niektoré neurónové proteíny objavujú aj v krvi. Ak by sa to potvrdilo, mohli by lekári získať nový nástroj na skoré odhalenie neurodegeneratívnych chorôb.
„Ak dokážeme sledovať proteíny pochádzajúce z neurónov v krvi, môžeme získať nové biomarkery zdravia mozgu,“ uviedol Guldner.
Takéto biomarkery by mohli pomôcť odhaliť Alzheimerovu chorobu alebo iné ochorenia ešte skôr, než sa objavia výrazné symptómy.
Môže problém s recykláciou proteínov spúšťať neurodegeneratívne ochorenia?
Nový výskum posilňuje rastúci názor medzi vedcami. Tí tvrdia, že mnohé neurodegeneratívne choroby môžu súvisieť s problémami v systéme recyklácie proteínov.
Keď bunky nedokážu odstrániť poškodené proteíny dostatočne rýchlo, biologický odpad sa začne hromadiť. Tento proces môže postupne narušiť komunikáciu medzi neurónmi a urýchliť zánik synapsií.
Vedci zatiaľ nepoznajú všetky detaily tohto mechanizmu. Výsledky však naznačujú, že starnutie mozgu nemusí súvisieť len s poškodením neurónov, ale aj s tým, ako dobre funguje jeho vnútorný systém „upratovania“.
