ההזדקנות מאטה את פינוי החלבון במוח ומעבירה פסולת סינפטית למיקרוגליה

נתוני עכברים חדשים מגלים כי נוירונים מזדקנים נאבקים לפנות חלבונים סינפטיים, מעבירים את הנטל למיקרוגליה וחושפים פגיעות קריטית בתחזוקת חלבון המוח.

מחקר: ההזדקנות מעודדת הצטברות מיקרוגליאלית של חלבונים סינפטיים מתכלים. קרדיט תמונה: ART-ur / Shutterstock

במחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת טֶבַעקבוצת חוקרים חקרה כיצד ההזדקנות משנה את פירוק חלבון עצבי, אגרגציה והעברה למיקרוגליה, תוך התמקדות בחלבונים סינפטיים באמצעות מודלים של הזדקנות מוח של עכברים.

גיל כגורם הסיכון הדומיננטי למחלות ניווניות

יותר מאחד מכל 12 אנשים ברחבי העולם מושפע ממחלה נוירודגנרטיבית, והגיל נותר גורם הסיכון החזק ביותר. ההזדקנות של המוח גורמת לנוירונים לא להיות מסוגלים יותר ויותר לקיים סינתזת חלבון, קיפול, הובלה ופירוק, תהליך קולקטיבי המכונה פרוטאוסטזיס. כאשר איזון זה מופרע, חלבונים עלולים להתקפל בצורה לא נכונה, להצטבר ולהצטבר, ובכך לפגוע בתפקוד המוח התקין. טרנספורמציות אלו קשורות קשר הדוק לאובדן זיכרון, ירידה קוגניטיבית ודמנציה. למרות שמחקרים שונים ניתחו את מחזור החלבון בקנה מידה של המוח כולו, נוירונים רגישים במיוחד מכיוון שהם חייבים להחזיק מעמד כל החיים מבלי להתחלק.

נדרש מחקר נוסף כדי להבין כיצד ההזדקנות משבשת מנגנונים לשמירה על חלבונים ספציפיים לנוירונים.

אסטרטגיה ניסויית למעקב אחר מחזור חלבון עצבי

מודלים של עכברים מהונדסים גנטית שימשו לתיוג חלבונים עצביים שסונתזו לאחרונה במוחות חיים באופן סלקטיבי. זה הושג באמצעות בונקאט (תיוג חומצת אמינו ביאורתוגונלית לא קנונית). טכניקה זו משלבת חומצות אמינו מלאכותיות בחלבונים שסונתזו לאחרונה באמצעות סינתזות חומצה ריבו-נוקלאית מוטנטית של העברת אמינואציל (tRNA סינתזות).

עכברים צעירים, בגיל העמידה ובגילאי האכילו חומצות אמינו לא קנוניות וסומנו באמצעות ניסויי דופק, מרדף כדי להעריך את פירוק החלבון על פני פרקי זמן מוגדרים. בניסויים אחרים, מכונות תיוג נוירונים סופקו באמצעות וירוס הקשור לאדנו (AAV) וקטורים. אזורי מוח מרובים נותחו ונותחו, כולל הקורטקס, ההיפוקמפוס, הסטריאטום וההיפותלמוס.

כימות פרוטאומי ורזולוציה סלולרית

חלבונים מסומנים הועשרו וכומתו באמצעות כרומטוגרפיה נוזלית, ספקטרומטריית מסה (LC-MS), בשילוב עם תג מסה טנדם (TMT) ריבוי להשוואות מדויקות בין גילאים ואזורי מוח. זמן מחצית חיים של חלבון נאמד באמצעות מודלים קינטיים מבוססים.

אגרגטים של חלבון בודדו באמצעות חלוקה על בסיס דטרגנט. כדי לבחון כיצד תאי חיסון מעבדים חלבונים עצביים, חוקרים השתמשו במיון תאים המופעל על ידי פלואורסצנטי (FACS) לבודד מיקרוגליה ולנתח חלבונים שמקורם בנוירון בתוך תאים אלה.

האטה הקשורה לגיל של פירוק חלבון עצבי

פירוק חלבון עצבי הואט במידה ניכרת עם הגיל בכל אזורי המוח שנבדקו. בממוצע, זמן מחצית חיים של חלבון כמעט הוכפל בין עכברים צעירים למבוגרים, מה שמצביע על ירידה נרחבת הקשורה לגיל במחזור החלבון. האטה זו הופיעה בעיקר לאחר גיל העמידה והשתנתה לפי אזור המוח, כאשר ההיפוקמפוס והקורטקס החושי הראו השפעות חזקות במיוחד. חשוב לציין, שינויים אלה לא הוסברו על ידי שפע חלבון נמוך יותר אלא שיקפו האטה רחבה של קינטיקה של פירוק חלבון עצבי עם ההזדקנות.

חלבונים סינפטיים ומיטוכונדריאליים כמטרות ראשוניות

החלבונים המושפעים ביותר מהגיל הועשרו במבנים סינפטיים, במיטוכונדריה ובצמתים של תאים, מבנים החיוניים לתקשורת נוירונית ולתפקוד מטבולי. רבים מהחלבונים הללו היו מקודדים על ידי גנים הקשורים בעבר להפרעות נוירודגנרטיביות ונוירו-התפתחותיות, מה שמצביע על קשר בין פגיעה בתחלופת חלבון לבין רגישות למחלות. השוואות אזוריות הראו עוד שאזורים מסוימים במוח היו פגיעים יותר לירידה פרוטאוסטטית הקשורה לגיל מאחרים, מה שמשקף את הדפוסים הלא אחידים של ירידה קוגניטיבית שנצפו בבני אדם.

צבירת חלבונים כתוצאה מפגיעה במחזור

מעבר להאטה של ​​פירוק, נוירונים מזדקנים צברו מספר רב של חלבונים מצטברים. ניתוח מפורט זיהה למעלה מ-1,700 חלבונים עצביים בתוך אגרגטים בלתי מסיסים במוחות מבוגרים. כמעט מחצית מהחלבונים המצטברים הללו הפגינו גם שיעורי פירוק מופחתים, מה שמעיד על קשר הדוק בין תחלופה לקויה לבין צבירה. חלבונים סינפטיים שוב היו מיוצגים יתר על המידה, מה שחיזק את הרעיון שסינפסות הן יעדים מוקדמים וקריטיים לכשל פרוטאוסטטי הקשור לגיל.

קליטה מיקרוגליאלית של חלבונים עצביים הקשורים להזדקנות

באופן בלתי צפוי, המיקרוגליה הכילה הרבה חלבונים שהצטברו באיטיות, שמקורם בתאי עצב, עם רמות גבוהות משמעותית במוחות מבוגרים מאשר במוחות צעירים. חלבונים אלה הועשרו עבור סמנים סינפטיים והיו מקובלים מקומיים בתוך ליזוזומים מיקרוגליאליים, מה שמצביע על קליטה ועיבוד פעילים. גם חלבונים פרה-סינפטיים וגם חלבונים פוסט-סינפטיים היו מיוצגים, בהתאם לחומר הקשור לסינפסה שפונה על ידי מיקרוגליה.

יותר מ-50% מהחלבונים הנוירונים שהצטברו במיקרוגליות מיושנות הראו עדויות מוקדמות לפירוק או הצטברות פגומים בתוך נוירונים. חפיפה זו הייתה גדולה משמעותית ממה שניתן היה לצפות במקרה, מה שהצביע על תהליך אישור סלקטיבי ולא אקראי.

ממצאים אלו מצביעים על כך שמיקרוגליה עשויה לשמש כמסלול מפצה להסרת חלבונים עצביים כאשר מנגנוני הפירוק העצביים המהותיים נפגעים. עם זאת, ככל שהנטל של סילוק חלבון עצבי גדל עם הגיל, תהליך זה עשוי לתרום ללחץ מיקרוגליאלי ולפגיעות נוירופתולוגית רחבה יותר הקשורה לגיל, במקום לפצות באופן מלא על ירידה בפרוטאוסטזיס עצבי.

השלכות על הזדקנות המוח ופגיעות נוירודגנרטיבית

ההזדקנות משפיעה באופן עמוק על יכולת המוח לשמור על איזון חלבון בתוך נוירונים, מה שמוביל לפירוק איטי יותר, צבירה נרחבת והצטברות חלבונים סינפטיים. שינויים אלה משפיעים באופן לא פרופורציונלי על חלבונים המעורבים בתקשורת נוירונית וקשורים מאוד לגנים הקשורים למחלות ניווניות.

נראה כי מיקרוגליה ממלאת תפקיד מפצה על ידי בליעה סלקטיבית של חלבונים נוירונים הקשורים להזדקנות, במיוחד אלו הקשורים לסינפסות. בעוד שמנגנון זה עשוי לסייע בתחילה בשמירה על הומאוסטזיס נוירוני, לביקוש הגובר שלו עם הגיל עשויות להיות השלכות לא מסתגלות על בריאות המוח.

למרות שממצאים אלה נובעים ממודלים של עכברים, הם מדגישים פרוטאוסטזיס נוירוני כיעד קריטי לשימור תפקוד המוח במהלך ההזדקנות.