Τι συμβαίνει στον εγκέφαλο μετά τα 50; Η ανακάλυψη που αλλάζει όσα γνωρίζαμε για τη γήρανση

• Οι σημαντικότερες μοριακές αλλαγές φαίνεται να επιταχύνονται γύρω από την ηλικία των 50 ετών, υποδεικνύοντας ότι η γήρανση του εγκεφάλου εξελίσσεται σε διακριτές φάσεις.
• Μεταξύ 50 και 75 ετών, πολλά από τα αρχικά ανοσοποιητικά κύτταρα του εγκεφάλου αντικαθίστανται από κύτταρα με εντονότερα φλεγμονώδη χαρακτηριστικά, τα οποία κυριαρχούν στους περισσότερους εγκεφάλους μετά τα 80.
• Η γήρανση συνδέεται επίσης με μείωση των αστροκυττάρων και αποδιοργάνωση της τρισδιάστατης δομής του DNA, μεταβολές που μπορεί να αυξάνουν την ευπάθεια σε νευροεκφυλιστικές παθήσεις.

Ο ανθρώπινος εγκέφαλος που γερνά είναι συναρπαστικός, καθώς σε ορισμένους τομείς βελτιώνεται με την ηλικία. Συνήθως, όμως, ακούμε πολύ περισσότερα για την παρακμή του – και αυτό είναι κατανοητό.

Άλλωστε, υπάρχουν αρκετές νευροεκφυλιστικές ασθένειες από τις οποίες όλοι θα θέλαμε να προστατευτούμε.

Προηγούμενες έρευνες έχουν δείξει ότι ορισμένες από τις φαινομενικά αναπόφευκτες επιπτώσεις της γήρανσης στην υγεία του εγκεφάλου, οι οποίες γίνονται εμφανείς στις ηλικίες των 70 και 80 ετών, ξεκινούν ήδη από τη μέση ηλικία.

Είναι γνωστό ότι αυτή η έκπτωση συνδέεται με γενετικούς παράγοντες, οι οποίοι ωθούν τα κύτταρα να αυξήσουν τις φλεγμονώδεις διεργασίες και να περιορίσουν τη συναπτική λειτουργία, δηλαδή τον τρόπο με τον οποίο ο εγκέφαλος μεταδίδει πληροφορίες μεταξύ των κυττάρων του.

Σύμφωνα με μια νέα, εκτενή μελέτη, αυτές οι γενετικές μεταβολές τροποποιούν την ίδια την αρχιτεκτονική του ανοσοποιητικού κυτταρικού περιβάλλοντος του εγκεφάλου, οδηγώντας στη σταδιακή αντικατάσταση ενός τύπου κυττάρων από έναν άλλο.

Χρησιμοποιώντας έναν πρωτοφανή συνδυασμό γενετικής και επιγενετικής ανάλυσης και τρισδιάστατης χαρτογράφησης του γονιδιώματος, οι ερευνητές μελέτησαν σχεδόν 320.000 κύτταρα από τον ιππόκαμπο –την περιοχή του εγκεφάλου που είναι κρίσιμη για τη μνήμη, τη μάθηση και τον προσανατολισμό– τα οποία προέρχονταν από 40 υγιείς ανθρώπους ηλικίας 20 έως 95 ετών.

Η έρευνα αποκάλυψε ότι η γήρανση δεν είναι απλώς μια διαδικασία κατά την οποία ορισμένα γονίδια γίνονται περισσότερο ή λιγότερο ενεργά. Αντιθέτως, περιλαμβάνει συντονισμένες μεταβολές στα μοριακά συστήματα που ελέγχουν αυτά τα γονίδια.

Τα ανοσοποιητικά κύτταρα του εγκεφάλου αλλάζουν μετά τα 50

Μία από τις πιο ενδιαφέρουσες ανακαλύψεις της μελέτης αφορά τη μικρογλοία, τα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος που βρίσκονται μόνιμα στον εγκέφαλο.

Επί δεκαετίες, οι επιστήμονες πίστευαν ότι αυτά τα κύτταρα δημιουργούνται πριν από τη γέννηση, στον εμβρυϊκό λεκιθικό ασκό, και στη συνέχεια ανανεώνονται σε μεγάλο βαθμό μόνα τους σε όλη τη διάρκεια της ζωής.

Τα νέα ευρήματα υποδεικνύουν, όμως, ότι κάποια στιγμή μεταξύ των 50 και των 75 ετών, πολλά από τα αρχικά κύτταρα της μικρογλοίας αντικαθίστανται από μονοκύτταρα – κύτταρα που φαίνεται ότι προέρχονται από την κυκλοφορία του αίματος.

Τα μονοκύτταρα αποτελούν έναν τύπο μεγάλων λευκών αιμοσφαιρίων, ο οποίος συνήθως απομακρύνει κυτταρικά υπολείμματα και προστατεύει τον οργανισμό από παθογόνους μικροοργανισμούς.

Οι ερευνητές δεν μπόρεσαν να αποδείξουν άμεσα ότι αυτά τα νέα κύτταρα προέρχονται από τον μυελό των οστών, όπως συμβαίνει συνήθως με τα μονοκύτταρα. Ωστόσο, η μεθυλίωση του DNA τους –τα χημικά σημάδια που διατηρούν την αναπτυξιακή «μνήμη» ενός κυττάρου– παρουσίαζε εντυπωσιακές ομοιότητες με εκείνη των μονοκυττάρων του αίματος και σημαντικές διαφορές από την αρχική εμβρυϊκή μικρογλοία.

Μέχρι την ηλικία των 80 ετών, αυτά τα κύτταρα που έμοιαζαν με μονοκύτταρα είχαν καταστεί ο κυρίαρχος πληθυσμός στους περισσότερους από τους εγκεφάλους που εξετάστηκαν.

Το σημαντικό είναι ότι τα κύτταρα αντικατάστασης παρουσίαζαν εντονότερα φλεγμονώδη χαρακτηριστικά. Το εύρημα θα μπορούσε να συμβάλει στην κατανόηση του γιατί η χρόνια φλεγμονή του εγκεφάλου γίνεται συχνότερη με την ηλικία και συνδέεται με παθήσεις όπως η νόσος Αλτσχάιμερ.

Η «ενεργειακή κρίση» των αστροκυττάρων

Ένα ακόμη εντυπωσιακό εύρημα αφορούσε τα αστροκύτταρα, τα αστεροειδή υποστηρικτικά κύτταρα που θρέφουν τους νευρώνες, ρυθμίζουν τους νευροδιαβιβαστές και συμβάλλουν στη διατήρηση του αιματοεγκεφαλικού φραγμού.

Ο αριθμός τους στον ιππόκαμπο μειωνόταν σταθερά όσο αυξανόταν η ηλικία, ένα αποτέλεσμα που οι ερευνητές δεν ανέμεναν.

Τα αστροκύτταρα που επιβίωναν έδειχναν επίσης να αντιμετωπίζουν δυσκολίες. Τα γονίδια που συμμετέχουν στην παραγωγή ATP –της βασικής πηγής ενέργειας του κυττάρου– γίνονταν λιγότερο ενεργά, ενώ αυξανόταν η δραστηριότητα των γονιδίων που σχετίζονται με την ανακύκλωση των κυτταρικών υλικών.

Τα ευρήματα υποδεικνύουν ότι τα γηράσκοντα αστροκύτταρα ενδέχεται να αντιμετωπίζουν μια «ενεργειακή κρίση», η οποία συμβάλλει στη σταδιακή εξαφάνισή τους.

Η γήρανση αλλάζει την τρισδιάστατη δομή του DNA

Οι επιστήμονες εντόπισαν επίσης ενδείξεις ότι η γήρανση επηρεάζει τη φυσική οργάνωση του ίδιου του γονιδιώματος.

Μέσα στον πυρήνα των κυττάρων, το DNA αναδιπλώνεται σε μια σύνθετη τρισδιάστατη δομή, η οποία συμβάλλει στον καθορισμό των γονιδίων που μπορούν να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους.

Σχεδόν σε κάθε τύπο κυττάρου που εξετάστηκε, η συγκεκριμένη οργάνωση αποδιοργανωνόταν σταδιακά με την ηλικία. Οι επιμέρους χρωμοσωμικές περιοχές γίνονταν λιγότερο διακριτές, ενώ οι πρωτεΐνες που είναι υπεύθυνες για τη διατήρηση αυτής της αρχιτεκτονικής φαίνεται ότι συνδέονταν λιγότερο αποτελεσματικά με το DNA.

Συνολικά, αυτές οι αλλαγές δείχνουν ότι οι «προοδευτικές δομικές διαταραχές συνδέονταν στενά με μεταβολές στη ρύθμιση των γονιδίων και την ταυτότητα των κυττάρων, αποκαλύπτοντας ενδεχομένως ένα θεμελιώδες χαρακτηριστικό της γήρανσης του ανθρώπινου εγκεφάλου», ανέφερε ο Bing Ren, γενετιστής στο Πανεπιστήμιο Columbia και ένας από τους επικεφαλής συγγραφείς της μελέτης.

Το σημείο καμπής γύρω από την ηλικία των 50 ετών

Πολλές από αυτές τις μεταβολές δεν εξελίσσονταν σταδιακά. Αντιθέτως, οι ερευνητές εντόπισαν ένα σαφές σημείο καμπής γύρω από την ηλικία των 50 ετών, όταν η γονιδιακή δραστηριότητα και οι επιγενετικοί δείκτες άρχισαν να μεταβάλλονται εντονότερα.

Παρόμοια σημεία επιτάχυνσης της γήρανσης κατά τη μέση ηλικία έχουν εντοπιστεί πρόσφατα και σε άλλα όργανα. Τα δεδομένα ενισχύουν την άποψη ότι η βιολογική γήρανση μπορεί να επιταχύνεται σε διακριτές φάσεις, αντί να ακολουθεί μια ομαλή και σταθερή πορεία παρακμής.

Οι ερευνητές εξέτασαν επίσης τις πιθανές διαφορές μεταξύ ανδρών και γυναικών.

Παρότι τα γενικά πρότυπα γήρανσης ήταν σχετικά παρόμοια, οι μοριακές αλλαγές παρουσίαζαν ισχυρότερη συσχέτιση με την ηλικία στους άνδρες, στους περισσότερους τύπους κυττάρων.

Η μελέτη δεν σχεδιάστηκε για να εξηγήσει γιατί παρατηρούνται αυτές οι διαφορές. Τα ευρήματα, όμως, υποδεικνύουν ότι ο ιππόκαμπος ενδέχεται να ακολουθεί διαφορετικές πορείες γήρανσης στους άνδρες και στις γυναίκες.

Οι περιορισμοί της μελέτης

Επειδή οι ερευνητές είναι υποχρεωμένοι να λειτουργούν μέσα στα πρακτικά όρια της επιστημονικής έρευνας –με μελέτες που διαρκούν μήνες ή χρόνια και όχι ολόκληρες ζωές– δεν μπόρεσαν να εξετάσουν τους εγκεφάλους των ίδιων ανθρώπων σε διαφορετικά στάδια της ζωής τους.

Ανέλυσαν εγκεφαλικό ιστό μετά θάνατον, αποκτώντας έτσι στιγμιότυπα από διαφορετικούς ανθρώπους, οι οποίοι είχαν διαφορετική γενετική ταυτότητα και είχαν ζήσει διαφορετικές ζωές.

Παρά τον περιορισμό αυτόν, ο συνδυασμός διαφορετικών μεθόδων ανάλυσης υποδεικνύει ότι ο εγκέφαλος ενδέχεται να υφίσταται πολύ πιο εκτεταμένη κυτταρική αναδιαμόρφωση κατά τη γήρανση από όση πίστευαν μέχρι σήμερα οι επιστήμονες.

Τι σημαίνουν, όμως, όλα αυτά και πώς θα μπορούσε να αλλάξει η συγκεκριμένη διαδικασία, ώστε να διατηρούμε την υγεία του εγκεφάλου μας μέχρι το τέλος της ζωής;

Αυτός ακριβώς είναι ο σκοπός της έρευνας. «Η κατανόηση αυτών των κυτταρικών μεταβάσεων μπορεί να δημιουργήσει νέες ευκαιρίες για την ανάπτυξη παρεμβάσεων που θα διατηρούν την εγκεφαλική λειτουργία και θα μειώνουν την ευπάθεια στις νευροεκφυλιστικές ασθένειες», ανέφερε ο νευροεπιστήμονας και συγγραφέας της μελέτης Xiangmin Xu, από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Irvine.

Τα ευρήματα δημοσιεύθηκαν στην επιστημονική επιθεώρηση Science.

ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΕΣ ΕΙΔΗΣΕΙΣ:

• Καφές και καρδιά: Έως 5 φλιτζάνια την ημέρα μπορεί να μειώνουν τον καρδιαγγειακό κίνδυνο
• Έρωτας στο γραφείο; Γιατί οι εργαζόμενοι λένε πλέον «μάλλον όχι»
• Toy Story: Η αυτοκρατορία των 51 δισ. δολαρίων που έχτισε η Disney