Μια πρωτεΐνη που έχει συνδεθεί με τη νεότητα μπορεί να βοηθήσει τα γερασμένα εγκεφαλικά κύτταρα να ανακτήσουν ορισμένες από τις λειτουργίες που έχουν χάσει. Επιστήμονες από την Ιατρική Σχολή Icahn του Mount Sinai διαπίστωσαν ότι η TIMP2 παίζει σημαντικό ρόλο στη διατήρηση της υγείας των ανοσοκυττάρων του εγκεφάλου, προσφέροντας νέα στοιχεία για τις αλλαγές που συμβαίνουν στον εγκέφαλο με την ηλικία.
Σε μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Nature Communications, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η απουσία TIMP2 έκανε τα ανοσοκύτταρα του εγκεφάλου, γνωστά ως μικρογλοία, να εμφανίζουν χαρακτηριστικά που συνδέονται με τη γήρανση και τις νευροεκφυλιστικές παθήσεις. Όταν οι επιστήμονες αποκατέστησαν την TIMP2 στην κυκλοφορία του αίματος ηλικιωμένων ποντικών, τα κύτταρα έγιναν αποτελεσματικότερα στην απομάκρυνση κυτταρικών υπολειμμάτων και εμφάνισαν λιγότερα μοριακά σημάδια φλεγμονής και άλλων δυνητικά επιβλαβών μεταβολών.
Η ανακάλυψη υποδηλώνει ότι πρωτεΐνες που σχετίζονται με τη νεότητα μπορεί να συμβάλλουν στη διατήρηση της φυσικής άμυνας του εγκεφάλου καθώς αυτός γερνά. Παράλληλα, αναδεικνύει την TIMP2 ως πιθανώς σημαντικό παράγοντα για τη διατήρηση της υγιούς ανοσολογικής δραστηριότητας στον εγκέφαλο.
Γιατί τα ανοσοκύτταρα του εγκεφάλου γίνονται λιγότερο αποτελεσματικά με την ηλικία
Η μεγαλύτερη ηλικία είναι ο σημαντικότερος γνωστός παράγοντας κινδύνου για τη νόσο Αλτσχάιμερ και άλλες νευροεκφυλιστικές διαταραχές. Ωστόσο, οι επιστήμονες δεν κατανοούν ακόμη πλήρως τις βιολογικές διεργασίες που κάνουν τον γερασμένο εγκέφαλο ολοένα πιο ευάλωτο σε αυτές τις παθήσεις.
Ένα σημαντικό κομμάτι του παζλ αφορά τα μικρογλοία, εξειδικευμένα ανοσοκύτταρα που λειτουργούν ως σύστημα συντήρησης και άμυνας του εγκεφάλου. Απομακρύνουν κυτταρικά απόβλητα, συμβάλλουν στη διατήρηση των δικτύων μέσω των οποίων επικοινωνούν οι νευρώνες και ανταποκρίνονται όταν τραυματίζεται εγκεφαλικός ιστός.
Καθώς ο εγκέφαλος γερνά, αυτά τα κύτταρα μπορεί να χάσουν μέρος της ικανότητάς τους να επιτελούν τις βασικές αυτές λειτουργίες. Μπορεί επίσης να μεταβούν σε καταστάσεις που ενισχύουν τη φλεγμονή και διαταράσσουν τη φυσιολογική λειτουργία του εγκεφάλου.
«Η TIMP2 διευκολύνει την υγιή λειτουργία των ανοσοκυττάρων του εγκεφάλου», δήλωσε ο Joseph M. Castellano, PhD, αναπληρωτής καθηγητής Νευροεπιστήμης στο Ronald M. Loeb Center for Alzheimer’s Disease και στο The Friedman Brain Institute της Ιατρικής Σχολής Icahn του Mount Sinai, καθώς και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης. «Υποστηρίζοντας την ικανότητα των μικρογλοίων να απομακρύνουν υπολείμματα και να περιορίζουν δυσπροσαρμοστικές αντιδράσεις, η TIMP2 μπορεί να βοηθά στην αποκατάσταση πλευρών της λειτουργίας των μικρογλοίων που υποβαθμίζονται με την ηλικία. Καθώς προηγούμενη εργασία μας ανέδειξε την TIMP2 ως ρυθμιστή της συναπτικής πλαστικότητας μέσω της εξωκυττάριας μήτρας, τα ευρήματα υποδηλώνουν ότι ο παράγοντας αυτός βρίσκεται στο σημείο συνάντησης πολλών διεργασιών κρίσιμων για τη φυσιολογική λειτουργία του εγκεφάλου».
Η συναπτική πλαστικότητα είναι η ικανότητα του εγκεφάλου να ενισχύει ή να αποδυναμώνει τις συνδέσεις μεταξύ των νευρώνων, μια διαδικασία απαραίτητη για τη μάθηση και τη μνήμη. Η εξωκυττάρια μήτρα είναι ένα δίκτυο μορίων που περιβάλλει τα κύτταρα και βοηθά στη στήριξη και τη ρύθμιση της δραστηριότητάς τους.
Τι συμβαίνει όταν ο εγκέφαλος στερείται TIMP2
Για να διερευνήσει την επίδραση της TIMP2 στα ανοσοκύτταρα του εγκεφάλου, η ερευνητική ομάδα μελέτησε διάφορες ομάδες ποντικών που αντιπροσώπευαν διαφορετικές βιολογικές συνθήκες.
Στη μελέτη συμμετείχε η Brittany Hemmer, PhD, πρώτη συγγραφέας, η οποία ήταν μεταπτυχιακή φοιτήτρια στο εργαστήριο του Castellano κατά τη διεξαγωγή της έρευνας.
Ορισμένα ποντίκια είχαν τροποποιηθεί γενετικά ώστε να μην παράγουν TIMP2 σε ολόκληρο το σώμα τους. Σε άλλα, οι ερευνητές αφαίρεσαν την πρωτεΐνη ειδικά είτε από τα μικρογλοία είτε από τους νευρώνες. Η σύγκριση αυτών των μοντέλων επέτρεψε στην ομάδα να εξετάσει πώς επηρεάζει η TIMP2 τη συμπεριφορά των ανοσοκυττάρων τόσο σε υγιείς όσο και σε γερασμένους εγκεφάλους.
Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν διάφορες προηγμένες τεχνικές για να μελετήσουν τις αλλαγές. Η αλληλούχηση RNA σε επίπεδο μεμονωμένου πυρήνα τούς επέτρεψε να εξετάσουν τα πρότυπα γονιδιακής δραστηριότητας στους πυρήνες μεμονωμένων κυττάρων. Χρησιμοποίησαν επίσης λεπτομερή απεικόνιση, λειτουργικές δοκιμές και μια τεχνική που ονομάζεται μικροδιάλυση in vivo, η οποία συλλέγει και μετρά ουσίες από το υγρό που περιβάλλει τα κύτταρα σε ζωντανό εγκεφαλικό ιστό.
Τα αποτελέσματα αποκάλυψαν εντυπωσιακές αλλαγές όταν απουσίαζε η TIMP2.
Τα μικρογλοία εμφάνισαν αρκετά χαρακτηριστικά που συνδέονται συνήθως με τη γήρανση και τον εγκεφαλικό τραυματισμό. Οι δείκτες κυτταρικής ενεργοποίησής τους άλλαξαν, η ικανότητά τους να απομακρύνουν υπολείμματα μειώθηκε και παρουσίασαν μοριακές υπογραφές που συνδέονται με την κυτταρική γήρανση, μια βιολογική κατάσταση που σχετίζεται με τη γήρανση και το κυτταρικό στρες.
Οι επιδράσεις δεν περιορίστηκαν στα ίδια τα ανοσοκύτταρα. Με τη μικροδιάλυση in vivo, οι ερευνητές εντόπισαν επίσης υψηλότερα επίπεδα πρωτεϊνών που σχετίζονται με τη φλεγμονή και το στρες στο εξωκυττάριο περιβάλλον γύρω από τα εγκεφαλικά κύτταρα.
Συνολικά, τα ευρήματα έδειξαν ότι η TIMP2 συμβάλλει στην αποτροπή της μετάβασης των μικρογλοίων σε δυνητικά επιβλαβείς καταστάσεις.
Η αποκατάσταση πρωτεΐνης που συνδέεται με τη νεότητα βελτιώνει τη λειτουργία γερασμένων εγκεφαλικών κυττάρων
Στη συνέχεια, οι ερευνητές εξέτασαν αν η χορήγηση TIMP2 θα μπορούσε να αντισταθμίσει ορισμένες από τις αλλαγές που παρατηρούνται με την ηλικία.
Χορήγησαν TIMP2 με ενέσεις σε ηλικιωμένα ποντίκια, ώστε η πρωτεΐνη να κυκλοφορήσει σε όλο το σώμα. Η θεραπεία έφερε ενθαρρυντικά αποτελέσματα.
Τα μικρογλοία έγιναν αποτελεσματικότερα στην απομάκρυνση κυτταρικών υπολειμμάτων και εμφάνισαν μείωση στους μοριακούς δείκτες που σχετίζονται με φλεγμονώδεις καταστάσεις. Με άλλα λόγια, η αποκατάσταση της πρωτεΐνης που συνδέεται με τη νεότητα βοήθησε τα γερασμένα ανοσοκύτταρα να ανακτήσουν ορισμένες λειτουργίες που συνήθως φθίνουν με τον χρόνο.
Οι βελτιώσεις αυτές υποδηλώνουν ότι η TIMP2 επηρεάζει τον τρόπο με τον οποίο ανταποκρίνονται τα μικρογλοία στις συνθήκες του εγκεφάλου. Υποστηρίζοντας τις προστατευτικές τους λειτουργίες και περιορίζοντας δυνητικά επιβλαβείς αντιδράσεις, η πρωτεΐνη μπορεί να συμβάλλει στη διατήρηση ενός υγιέστερου περιβάλλοντος για τους νευρώνες.
Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν επίσης μια πιθανή βιολογική σύνδεση ανάμεσα σε παράγοντες που κυκλοφορούν στο σώμα και σχετίζονται με τη νεότητα και στη δραστηριότητα του έμφυτου ανοσοποιητικού συστήματος του εγκεφάλου. Το σύστημα αυτό αποτελεί την πρώτη γραμμή άμυνας απέναντι σε τραυματισμούς και άλλες απειλές.
Μια πιθανή νέα κατεύθυνση στην έρευνα για τη γήρανση του εγκεφάλου και τη νόσο Αλτσχάιμερ
Η ανακάλυψη προστίθεται στο αυξανόμενο επιστημονικό ενδιαφέρον για το αν βιολογικοί παράγοντες που σχετίζονται με τη νεότητα μπορούν να επηρεάσουν τη διαδικασία της γήρανσης.
Καθώς τα μικρογλοία συμβάλλουν στη διατήρηση της υγείας του εγκεφάλου και μπορούν να ενισχύσουν την επιβλαβή φλεγμονή όταν αλλάζει η συμπεριφορά τους, η εύρεση τρόπων διατήρησης της φυσιολογικής λειτουργίας τους θα μπορούσε να έχει σημαντικές επιπτώσεις στην κατανόηση των νευρολογικών διαταραχών που σχετίζονται με την ηλικία.
«Παρότι χρειάζονται πρόσθετες μελέτες, αυτή η εργασία προσφέρει νέα γνώση για το πώς παράγοντες που σχετίζονται με τη νεότητα επηρεάζουν οδούς που συμμετέχουν στη γήρανση του εγκεφάλου και στις νευρολογικές διαταραχές που σχετίζονται με την ηλικία, γνώση που μπορεί τελικά να συμβάλει στη διαμόρφωση θεραπευτικών στρατηγικών», πρόσθεσε ο δρ Castellano.
Οι ερευνητές επισημαίνουν, ωστόσο, ότι τα ευρήματα προέρχονται από πειράματα σε ποντίκια. Δεν είναι ακόμη γνωστό αν η TIMP2 έχει παρόμοιες επιδράσεις στους ανθρώπους ή αν η τροποποίηση της πρωτεΐνης θα μπορούσε τελικά να αποτελέσει αποτελεσματική θεραπεία.
Θα χρειαστούν πρόσθετες μελέτες για να διαπιστωθεί αν μπορεί να στοχευθεί η ίδια η TIMP2 ή οι βιολογικές οδοί που ελέγχει, με σκοπό τη μείωση των επιβλαβών αλλαγών που συνδέονται με τη γήρανση του εγκεφάλου.
Προς το παρόν, τα ευρήματα προσφέρουν μια νέα, ελπιδοφόρα εξήγηση για το πώς μια πρωτεΐνη που συνδέεται με τη νεότητα βοηθά στη διατήρηση της ανοσολογικής άμυνας του εγκεφάλου και πώς η αποκατάστασή της μπορεί να επαναφέρει ορισμένες λειτουργίες που εξασθενούν με την ηλικία.
Η εργασία υποστηρίχθηκε από το National Institute on Aging (R01AG061382 (JMC), RF1AG072300 (JMC), 1F31AG079604-01A1 (BMH), T32AG049688 (BMH, SMP), R01AG061382-02S1 (JMC, SMP)) και το Cure Alzheimer’s Fund (JMC).
Το άρθρο στο ygeiax.gr: https://www.ygeiax.gr/health/proteini-timp2-pos-mporei-na-voitha-ta-gerasmena-egkefalika-kyttara-na-leitoyrgoyn-pio-neanika/24483
