Стареющий мозг: почему протеины исчезают

Недавнее исследование, опубликованное в журнале Aging, проливает свет на то, как старение нарушает работу "протеиновых фабрик" в мозге, что может запускать цепочку нарушений, связанных с возрастом, вплоть до нейродегенеративных болезней (например, болезнь Альцгеймера или болезнь Паркинсона). Исследователи изучали мозг африканского бирюзового карпозубика (killifish) — рыбки с коротким сроком жизни, часто используемой в науке для изучения старения, потому что у нее быстро проявляются возрастные изменения, характерные для более сложных животных, в том числе человека.

Главное открытие: с возрастом мозг теряет способность эффективно синтезировать определенные типы белков, несмотря на то, что уровень мРНК (инструкций для производства белков) для многих генов остается прежним. То есть инструкции на месте, а детали не доходят до конвейера. Эту проблему ученые назвали "рассогласованием". Особенно сбоят протеины, богатые основными аминокислотами (лизин, аргинин) — это компоненты белков, участвующих в важных процессах: починке ДНК, работе митохондрий и экспрессии генов.

Оказалось, причина — не только в старении генов или проблемах при утилизации старых белков, а в так называемой 'паузе рибосомы' при сборке белков: клеточная "фабрика" просто зависает на кусках с основными аминокислотами. Это замедление приводит к недостатку важных белков и накоплению "ошибочных" — а дальше начинаются воспаления, сбои и болезни.

Чтобы проверить, насколько важен этот механизм, учёные частично заблокировали работу протеасомы (системы утилизации белков) у взрослых рыб. Это вызвало некоторые, но не все, изменения, характерные для старости. Получается, именно снижение эффективности сборки, а не распада, — главный сбой.

Анализ рибосомного профилирования — метода, показывающего, какие инструкции реально используются для синтеза белков, — подтвердил: с возрастом рибосомы всё чаще "застревают" на определённых последовательностях — перевод идёт всё медленнее. Чем больше "зависаний", тем больше в мозге неправильных и слипшихся белков.

Ещё один сюрприз: количество полноценных рибосом в стареющем мозге заметно падает, и это странным образом даёт преимущество мРНК, которым под рибосомы попасть проще всего — например, тем, что кодируют белки для работы митохондрий. Возможно, так мозг пытается компенсировать общий сбой, но к чему это ведёт — пока неясно.

Стоит отметить, что прямой связи между паузами рибосом и болезнями мозга у человека пока не установили. Исследование только открывает дорогу возможным лекарствам, которые смогут "разгонять" рибосомы или управлять этим процессом в мозге. Автор исследования — Алессандро Челерино, директор лаборатории старения мозга в Германии, — отмечает, что сама африканская рыбка теперь — один из лучших моделей для изучения старения мозга.

Полный список авторов см. в оригинальной публикации.