Resumen: Los investigadores han descubierto que el deterioro cognitivo relacionado con la edad es más pronunciado en la materia blanca del cerebro, crucial para la transmisión de señales.
Este estudio en ratones arroja luz sobre la contribución del envejecimiento a enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer y el Parkinson. Además, intervenciones como las infusiones de plasma de ratones más jóvenes parecen retrasar esta disminución.
Estos hallazgos allanan el camino para futuras investigaciones sobre el envejecimiento del cerebro humano y posibles terapias.
Datos clave :
- La materia blanca del cerebro, responsable de transmitir señales, mostró los primeros y más significativos cambios de expresión génica relacionados con la edad en ratones.
- Las infusiones de plasma de ratones jóvenes parecen revertir la expresión de algunos genes relacionados con la edad, lo que ofrece potencial como tratamiento contra el deterioro cognitivo.
- El estudio proporciona información sobre la vulnerabilidad de regiones específicas del cerebro a las enfermedades neurodegenerativas y cómo el envejecimiento podría exacerbarlas.
Fuente: Stanford
La mayoría de los que hemos llegado a la mediana edad hemos notado una disminución de la memoria y la cognición, pero los científicos no tienen una imagen clara de los cambios moleculares que tienen lugar en el cerebro para causarla.
Ahora, un estudio en ratones ha determinado que los cambios más pronunciados ocurren en la materia blanca, un tipo de tejido del sistema nervioso que es fundamental para transmitir señales a través del cerebro.
El estudio también examinó dos tratamientos, la restricción calórica y las infusiones de plasma de ratones jóvenes, que afectan ciertas regiones del cerebro, y el plasma parece ralentizar el declive relacionado con la edad.
Los resultados ofrecen información sobre el deterioro cognitivo del envejecimiento normal, así como la forma en que el envejecimiento contribuye a las enfermedades neurodegenerativas, como las enfermedades de Alzheimer y Parkinson y la esclerosis múltiple.
En muchas enfermedades neurodegenerativas, ciertas áreas del cerebro son más vulnerables al daño, pero los científicos no saben exactamente por qué.
«Vi este estudio como una forma de explicar esa vulnerabilidad regional un tanto misteriosa», dijo Tony Wyss-Coray, PhD, profesor de neurología y ciencias neurológicas que dirigió el estudio que examinó la expresión génica en diferentes regiones del cerebro del ratón a medida que madura. .
Wyss-Coray, DH Chen Professor II en Stanford Medicine y directora de Phil and Penny Knight Initiative for Brain Resilience en el Wu Tsai Neurosciences Institute de Stanford, es la autora principal de un artículo que describe la investigación. Oliver Hahn, anteriormente becario postdoctoral en el laboratorio Wyss-Coray y ahora investigador principal en Calico Life Sciences, es el autor principal del artículo.
El artículo fue publicado el 16 de agosto en Cell .
Diferentes genes encontrados en diferentes regiones.
El equipo de investigación tomó muestras de 15 regiones en ambos hemisferios del cerebro de 59 ratones machos y hembras de 3 a 27 meses de edad. Identificaron y clasificaron los principales genes expresados por las células que se encuentran en cada región del cerebro. Identificaron 82 genes que se encuentran con frecuencia y varían en concentración en 10 o más regiones.
El equipo usó estos genes para desarrollar una puntuación de envejecimiento común, evaluando cómo la actividad de los genes en diferentes regiones del cerebro cambia con la edad.
Los investigadores encontraron que la materia blanca, que se encuentra en lo profundo del cerebro y contiene fibras nerviosas protegidas por mielina de color blanco, mostró los cambios más tempranos y pronunciados en la expresión génica en ratones de 12 y 18 meses de edad. Según Wyss-Coray, estos ratones tienen la misma edad, en años de ratón, que una persona de 50 años.
“No podemos decir definitivamente cómo los cambios en la expresión génica en la materia blanca afectan la memoria y la cognición. Eso requeriría más trabajo de manipulación genética y neurobiología”, dijo Wyss-Coray.
«Pero sabemos que la materia blanca es el cableado que conecta las diferentes regiones del cerebro».
Trabajos anteriores han demostrado que el envejecimiento interrumpe un patrón de expresión génica estable en el cerebro, activando genes que regulan la inflamación y la respuesta inmune, y desactivando genes responsables de la síntesis de proteínas y colágeno.
La inflamación y la respuesta inmunitaria afectan la integridad de la vaina de mielina, la capa aislante alrededor de los nervios responsable de transmitir señales a través del cerebro.
“La materia blanca ha sido un área bastante descuidada en la investigación del envejecimiento, que generalmente se enfoca en las regiones densas en neuronas como la corteza o el hipocampo”, dijo Hahn. «El hecho de que la materia blanca esté emergiendo en nuestros datos como un área de particular vulnerabilidad al envejecimiento abre nuevas e intrigantes hipótesis».
Intervenciones de prueba
Las intervenciones para desacelerar el cambio genético que lleva al declive en regiones específicas del cerebro podrían ser beneficiosas para abordar las enfermedades neurodegenerativas, así como el declive general asociado con el envejecimiento.
Durante el estudio, el equipo exploró dos intervenciones, la restricción calórica y las inyecciones de plasma de ratones jóvenes, para evaluar si protegían contra los cambios específicos de la región en la expresión génica. Cada intervención comenzó cuando los ratones tenían 19 meses y duró cuatro semanas.
Los investigadores encontraron que la intervención dietética provocó que se activaran genes asociados con los ritmos circadianos, mientras que la intervención con plasma activó genes involucrados en la diferenciación de células madre y la maduración neuronal que condujo a una reversión selectiva de la expresión génica relacionada con la edad.
«Las intervenciones parecían actuar en regiones muy diferentes del cerebro e [inducir] efectos sorprendentemente diferentes», dijo Hahn. «Esto sugiere que existen múltiples regiones y vías en el cerebro que tienen el potencial de mejorar el rendimiento cognitivo en la vejez».
El equipo también examinó los cambios relacionados con la edad en los genes asociados con tres enfermedades neurodegenerativas: la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de Parkinson y la esclerosis múltiple, que generalmente afectan regiones específicas del cerebro.
La distribución de la expresión de cada gen había cambiado en animales mayores y ocurría en regiones del cerebro que normalmente no están asociadas con una condición neurodegenerativa particular.
Este hallazgo podría ofrecer información sobre la gran cantidad de pacientes que tienen enfermedades neurodegenerativas sin un vínculo genético firme.
El estudio también podría ofrecer nuevas oportunidades para explorar tratamientos e intervenciones utilizando los datos de expresión génica para concentrarse en las poblaciones de células vulnerables al envejecimiento.
Los estudios futuros podrían explorar cómo la expresión génica conduce a cambios funcionales en la actividad y estructura neuronal. Wyss-Coray y sus colegas de Knight Initiative for Brain Resilience tienen como objetivo ampliar este trabajo mediante la construcción de atlas genéticos similares del envejecimiento en el cerebro humano.
“Los cambios genéticos individuales observados en el ratón pueden no traducirse directamente en humanos”, dijo Wyss-Coray. “Pero creemos que la vulnerabilidad de la materia blanca al envejecimiento probablemente sí lo haga”.
Investigadores de Langone Health de la Universidad de Nueva York, la Universidad de Saarland, el Centro Helmholtz para la Investigación de Infecciones, el Instituto Max Planck para la Biología del Envejecimiento, Alkahest Inc. y el University College London contribuyeron al estudio.
Financiamiento: este estudio recibió financiamiento de Phil and Penny Knight Initiative for Brain Resilience, el Consejo Europeo de Investigación, la Sociedad Max Planck, la Fundación Schaller-Nikolich, el Instituto de Neurociencias Wu Tsai y la Fundación Bertarelli, la Fundación Simons, el Fondo Cure Alzheimer , el Instituto Nacional del Envejecimiento, la Fundación de Investigación de la Vía Láctea, la Iniciativa Allen de la Asociación Estadounidense del Corazón para la Salud Cerebral y el Deterioro Cognitivo y la Fundación Michael J. Fox para la Investigación del Parkinson.
Sobre esta noticia de investigación en neurociencia y envejecimiento cerebral
Autor: Margarita Gallardo
Fuente: Stanford
Contacto: Margarita Gallardo – Stanford
Imagen: La imagen está acreditada a Neuroscience News
Investigación original: Acceso cerrado.
“ El atlas del cerebro de ratón envejecido revela que la materia blanca es un foco vulnerable ” por Tony Wyss-Coray et al. Celúla
Abstracto
Atlas del cerebro de ratón envejecido revela materia blanca como focos vulnerables
Reflejos
- Firma genética del envejecimiento en todo el cerebro en células gliales con cambios espacialmente definidos
- El envejecimiento de las células gliales se acelera en la sustancia blanca
- Las intervenciones de rejuvenecimiento tienen efectos específicos de la región sobre la expresión génica
- Los genes implicados en enfermedades neurodegenerativas muestran patrones de envejecimiento regionales
Resumen
El envejecimiento es el factor de riesgo clave para el deterioro cognitivo, sin embargo, los cambios moleculares que subyacen al envejecimiento cerebral siguen siendo poco conocidos. Aquí, realizamos la secuenciación espaciotemporal del ARN del cerebro del ratón, perfilando 1076 muestras de 15 regiones en 7 edades y 2 intervenciones de rejuvenecimiento.
Nuestro análisis identificó una firma genética de envejecimiento en todo el cerebro en las células gliales, que exhibió cambios de magnitud espacialmente definidos.
Al integrar la transcriptómica espacial y de un solo núcleo, encontramos que el envejecimiento glial se aceleró particularmente en la materia blanca en comparación con las regiones corticales, mientras que las poblaciones neuronales especializadas mostraron cambios de expresión específicos de la región.
Las intervenciones de rejuvenecimiento, incluida la inyección de plasma joven y la restricción dietética, exhibieron efectos distintos sobre la expresión génica en regiones específicas del cerebro.
Además, descubrimos patrones diferenciales de expresión génica asociados con tres enfermedades neurodegenerativas humanas, lo que destaca la importancia del envejecimiento regional como modulador potencial de la enfermedad.
Nuestros hallazgos identifican focos moleculares de envejecimiento cerebral, proporcionando una base para abordar el deterioro cognitivo relacionado con la edad.
