Nie tylko ludzie z wiekiem zapominają – muszki owocowe też to robią. Ponieważ jednak muszki owocowe żyją tylko około dwóch miesięcy, mogą stanowić przydatny model do zrozumienia pogorszenia funkcji poznawczych towarzyszącego starzeniu się.
Nowe badanie opublikowane w Nature Communications pokazuje, iż kiedy w mózgu gromadzi się powszechne białko strukturalne komórek zwane aktyną nitkowatą lub F-aktyną, hamuje ono najważniejszy proces, który usuwa niepotrzebne lub dysfunkcjonalne składniki z komórek, w tym DNA, lipidy, białka i organelle. Powstałe w ten sposób nagromadzenie odpadów osłabia funkcje neuronalne i przyczynia się do pogorszenia funkcji poznawczych. Modyfikując kilka specyficznych genów w neuronach starzejących się muszek owocowych, naukowcy zapobiegli gromadzeniu się F-aktyny, utrzymali recykling komórkowy i wydłużyli zdrową długość życia muszek owocowych o około 30%.
Aktyna, rodzina białek, które pomagają nadać komórkom kształt, występuje w dużych ilościach w całym organizmie. F-aktyna tworzy włókna niezbędne do utrzymania struktury komórki i wielu innych funkcji. Naukowcy pod kierunkiem byłego doktora habilitowanego Edwarda (Teda) Schmida w laboratorium Davida Walkera zaobserwowali gromadzenie się F-aktyny w mózgach starzejących się muszek owocowych i zastanawiali się, czy przyczynia się to do starzenia się mózgu i ogólnej utraty zdrowia organizmu.
Pierwsza wskazówka dotycząca korelacji: muchy na ograniczonej diecie żyły dłużej i miały mniej nagromadzeń F-aktyny w mózgach. Ich druga wskazówka: po podaniu leku wydłużającego życie, zwanego rapamycyną, w mózgach starszych much było również mniej F-aktyny.
„Ale to jest korelacja, a nie bezpośrednia demonstracja, iż F-aktyna jest szkodliwa dla starzenia się mózgu” – powiedział Walker, starszy autor i profesor biologii i fizjologii integracyjnej na UCLA. „Aby dotrzeć do związku przyczynowego, zwróciliśmy się ku genetyce”.
Ponieważ genom muszki owocowej został dokładnie zmapowany i poznany, grupie udało się wycelować w geny starzejących się muszek owocowych, o których wiadomo, iż odgrywają istotną rolę w akumulacji włókien aktynowych. Obejmowało to gen o nazwie Fhos, członek rodziny białek znanych z wydłużania i organizowania włókien aktynowych.
„Kiedy zmniejszyliśmy ekspresję Fhos w starzejących się neuronach, zapobiegło to gromadzeniu się F-aktyny w mózgu” – powiedział Schmid, w tej chwili badacz w Arkansas Biosciences Institute i adiunkt na Arkansas State University. „To naprawdę pozwoliło nam rozszerzyć nasze badanie, ponieważ teraz mieliśmy bezpośredni sposób na ukierunkowanie akumulacji F-aktyny w mózgu i zbadanie, jak wpływa ona na proces starzenia”.
Chociaż interwencja genetyczna była ukierunkowana tylko na neurony, poprawiła ogólny stan zdrowia muszek. Żyli o 25–30% dłużej, wykazując jednocześnie oznaki poprawy funkcjonowania mózgu, a także oznaki poprawy stanu zdrowia w innych układach narządów. Zapobieganie gromadzeniu się F-aktyny chroniło funkcje poznawcze, co pokazuje, iż gromadzenie się powoduje pogorszenie funkcji poznawczych pojawiające się z wiekiem.
„W miarę starzenia się muchy stają się coraz bardziej zapominalskie, a ich zdolność uczenia się i zapamiętywania spada w średnim wieku, podobnie jak u ludzi” – powiedział Walker. „Jeśli zapobiegniemy gromadzeniu się F-aktyny, pomoże to muchom uczyć się i zapamiętywać, gdy są starsze, co mówi nam, iż gromadzenie się nie jest łagodne”.
Dalsze badania wykazały, iż F-aktyna zakłóca „komórkowy system usuwania śmieci” organizmu. Uszkodzone lub zbędne białka i inne składniki wewnątrz komórki ulegają rozkładowi w procesie zwanym „autofagią”. Badania dotyczące starzenia wykazały, iż szlaki autofagii stają się mniej aktywne wraz z wiekiem, ale nikt nie wiedział dokładnie, dlaczego.
Nowe badanie pokazuje, iż zapobieganie akumulacji F-aktyny doprowadziło do znacznie aktywniejszej autofagii w mózgach starszych muszek owocowych. Autorzy odkryli, iż jeżeli usuną F-aktynę, ale także wyłączą autofagię, nie spowolni to starzenia: wydaje się, iż głównym mechanizmem, za pomocą którego F-aktyna napędza starzenie się mózgu, jest upośledzenie autofagii. Naukowcy wykazali również, iż zaburzenie F-aktyny w starszych mózgach może przywrócić autofagię mózgu do młodzieńczego poziomu i odwrócić niektóre komórkowe czynniki odpowiedzialne za starzenie się mózgu.
Odkrycia te mogą być dobrą wiadomością dla starszych muszek owocowych ze zmniejszoną zawartością F-aktyny w mózgach. Nie wykazano tego jednak jeszcze na ludziach, a opracowanie interwencji zapobiegających gromadzeniu się F-aktyny może okazać się większym wyzwaniem. Mimo to odkrycie kieruje badaczy w nowym, owocnym kierunku, jakim jest zdrowsze starzenie się ludzi.
„Większość z nas zajmujących się kwestiami starzenia się koncentruje się na wyjściu poza długość życia do tego, co nazywamy długością zdrowia” – powiedział Walker. „Chcemy pomóc ludziom cieszyć się dobrym zdrowiem i wysoką jakością życia, jednocześnie wydłużając jego długość. Nasze badanie poprawiło funkcje poznawcze i jelitowe, poziom aktywności i ogólną długość życia muszek owocowych – i daje nadzieję na to, co możemy osiągnąć u ludzi.”
Badanie zostało sfinansowane przez Narodowy Instytut ds. Starzenia się Narodowego Instytutu Zdrowia.
