Как старение разрушает белки мозга и роль питания

Человеческий мозг стареет, как и любой другой орган: медленно, неуклонно и таким образом, что он становится более уязвимым для неврологических и дегенеративных заболеваний. Но новое, более детальное исследование, проведенное Институт Лейбница по проблемам старения – Институт Фрица Липмана в Германии показывает, что некоторые из этих повреждений не обязательно являются постоянными. Фактически, некоторые из них можно смягчить или даже частично обратить вспять с помощью диеты.

Исследователи провели чрезвычайно обширный анализ белкового баланса в мозгу молодых и старых мышей, используя методы масс-спектрометрии, чтобы составить карту того, как химический «мир» нейронов меняется с возрастом животного. В центре их исследований был процесс убиквитинирования, молекулярный механизм, который добавляет к белкам небольшие химические метки, чтобы сигнализировать, когда пришло время их перерабатывать.

Эти метки действуют как внутренний контроль качества: когда белок завершает свой жизненный цикл, убиквитинирование подготавливает его к удалению протеасомой — системой рециркуляции белков мозга. Но в стареющем мозге мышей исследователи заметили, что эти метки не только накапливаются на определенных белках, но и начинают терять свою точность: система, похоже, «запутывается», перемаркируя одни белки и пропуская другие.

По мнению молекулярного биолога Алессандро Ориэто нарушение является не просто побочным эффектом старения, но и фундаментальным признаком того, что мозг изо всех сил пытается справиться с темпами обработки белка. Когда протеасома замедляется, что команда также подтвердила на человеческих нейронах, выращенных в лаборатории, возникает своего рода клеточная «пробка». Белки, которые следует удалить, остаются, метки накапливаются и нормальное функционирование начинает нарушаться.

Новизна исследования заключается не только в регистрации этого замедления, как это уже было известно из более ранних исследований. Новым является детальное картирование того, как убиквитинирование меняется с возрастом и как это изменение напрямую связано с функцией протеасом. Другими словами, исследователи смогли определить не только «что» происходит не так, но и «как».

Однако самое поразительное открытие произошло, когда ученые они попробовали простое вмешательство: посадили старых мышей на диету с ограничением калорий на четыре недели, а затем вернули их к нормальной пище. Результат оказался неожиданным: химические метки некоторых белков вернулись к уровням, соответствующим таковым у более молодых животных, как будто мозг произвел небольшую перезагрузку.

Это произошло не со всеми белками, и мы пока не знаем, по какому механизму диета вызывает эту обратную ситуацию. Но тот факт, что некоторые белковые пути так быстро реагируют на относительно мягкие изменения в питании, открывает захватывающие перспективы. Ори отмечает, что, хотя человеческий мозг бесконечно сложнее, чем у мышей, вполне вероятно, что аналогичные процессы применимы и к нам.

Есть, конечно, оговорки: в исследовании не участвовали живые люди, и мы не знаем, окажут ли те же вмешательства аналогичный эффект на человеческий мозг, который уже начинает изнашиваться. Тем не менее, это открытие имеет особое значение, поскольку ученые пытаются лучше понять такие заболевания, как болезнь Альцгеймера, где белковый дисбаланс и нарушение клиренса белка играют центральную роль.

Кроме того, исследование проливает свет на ту великую истину, что мозг остается чрезвычайно динамичным даже в пожилом возрасте. Ее молекулярные процессы не замирают и не ведут неумолимо к дезорганизации. Некоторые процессы старения можно замедлить и, возможно, частично обратить вспять, в то время как другие, похоже, продолжаются без каких-либо препятствий.