מחקר של מכון לייבניץ להזדקנות – מכון פריץ ליפמן (FLI) בינה מראה כי ההרכב הכימי של חלבונים במוח עובר שינויים מהותיים עם ההזדקנות. בפרט, Ubiquitylation – תהליך המסמן חלבונים ובכך שולט בפעילותם ובפירוקם – עובר שינויים דרסטיים במוח המזדקן. מעניין ששינוי בתזונה, כגון הגבלה תזונתית לטווח קצר, יכול לשנות חלק מהדפוסים המולקולריים הללו. ממצאים אלו פותחים הזדמנויות חדשות להבין טוב יותר את תהליך ההזדקנות של המוח ומחלות נלוות.
ככל שאנו מתבגרים, ההרכב והתפקוד של החלבונים במוח משתנים, ומשפיעים על ביצועי המוח שלנו בהמשך החיים – משפיעים על הזיכרון, ההיענות והסיכון למחלות ניווניות. צוות מחקר בינלאומי בראשות ד"ר אלסנדרו אורי ממכון לייבניץ להזדקנות – מכון פריץ ליפמן (FLI) ביינה גילה כעת כי שינוי כימי ספציפי, המכונה ubiquitylation, ממלא תפקיד מכריע בתהליכים אלה. שינוי זה קובע אילו חלבונים נשארים פעילים ואילו מיועדים לפירוק. הממצאים פורסמו ב תקשורת טבע.
כיצד ההזדקנות משנה את חלבוני המוח
חלבונים מבצעים משימות חיוניות במוח – הם שולטים בחילוף החומרים, בהעברת האותות ובאיזון האנרגיה בתאים. כדי לתפקד כראוי, הם חייבים להתפרק כל הזמן, לחדש אותם או לשנות אותם כימית. אחד מהשינויים הללו, מה שנקרא ubiquitylation, משמש כמעין תג מולקולרי: הוא מסמן חלבונים לפירוק ומווסת את פעילותם.
הניתוחים שלנו הראו שהזדקנות מובילה לשינויים מהותיים באופן שבו החלבונים במוח מסומנים כימית. תהליך Ubiquitylation פועל כמו מתג מולקולרי – הוא קובע אם חלבון נשאר פעיל, משנה את תפקודו או מתכלה. במוחם המזדקן של עכברים, ראינו שהמערכת המכווננת העדינה הזו הופכת לא מאוזנת יותר ויותר: תוויות רבות מצטברות וחלקן אפילו אובדות, ללא קשר לכמות החלבון המסוים שיש".
ד"ר אלסנדרו אורי, לשעבר ראש קבוצת מחקר ב-FLI
"מערכת המחזור" של התא מאבדת מכוחה
ככל שאנו מתבגרים, גם "מערכת המיחזור" הפנימית של התא מתחילה לקרטע. הפרוטאזום – מכונה מולקולרית האחראית לפירוק חלבונים פגומים או לא נחוצים – מאבד בהדרגה מיעילותו. כתוצאה מכך, חלבונים המתויגים לסילוק עם יוביקוויטין מתחילים להצטבר במוח, סימן ברור לכך שמנגנון הניקוי הסלולרי שלו אינו פועל עוד כראוי. החוקרים מצאו כי כשליש מהשינויים הקשורים לגיל ביצירת חלבונים בכל מקום במוח יכולים להיות קשורים ישירות לירידה זו בפעילות הפרוטאזום.
"הנתונים שלנו מראים שהיכולת המופחתת של תאים לסלק לחלוטין חלבונים פגומים היא מנגנון מרכזי של המוח המזדקן", מסכמים ד"ר אנטוניו מרינו וד"ר דומניקו די פראיה, שניהם מחברי המחקר הראשונים. "האיזון הרגיש בין סינתזת חלבון ופירוק משתנה – מאפיין אופייני להזדקנות תאית. בטווח הארוך הדבר עלול לפגוע גם בתפקוד תאי העצב במוח".
דיאטה כמאפנן – סימן מלא תקווה
בשלב נוסף, החוקרים חקרו אם דפוסי ה-Ubiquitylation שנמצאו יכולים להיות מושפעים משינויים בתזונה. לשם כך, עכברים מבוגרים הוזנו בתזונה מתונה (הגבלת קלוריות) במשך ארבעה שבועות לפני שהוחזרו לתזונה רגילה. התוצאה המפתיעה הייתה שהשינוי לטווח קצר בתזונה שינה באופן משמעותי את דפוס ה-ubiquitylation בעכברים – בחלק מהחלבונים הוא אפילו חזר למצב הקודם, הצעיר.
"התוצאות שלנו מראות שגם בגיל מבוגר לתזונה עדיין יכולה להיות השפעה חשובה על תהליכים מולקולריים במוח", מדגישה ד"ר אורי. "עם זאת, התזונה אינה משפיעה על כל תהליכי ההזדקנות במוח באופן שווה: חלקם מואטים, בעוד שאחרים כמעט ולא משתנים או אפילו מתגברים".
המחקר מספק אפוא תובנות חדשות לגבי המנגנונים המולקולריים של הזדקנות המוח. זה מצביע על כך ש-ubiquitylation הוא סמן ביולוגי רגיש של תהליכי ההזדקנות – ואולי נקודת מוצא להאטת נזקים הקשורים לגיל בתאי עצב. בטווח הארוך, חקר התהליכים הללו יכול לעזור להבין טוב יותר את הקשר בין תזונה, מאזן חלבון ומחלות ניווניות כמו מחלת אלצהיימר.
