Naukowcy z Uniwersytetu Stanforda odkryli główną wskazówkę, dlaczego mózg pogarsza się z wiekiem. Ich badania wskazują na awarie w systemie produkcji białek w komórkach, proces, który wydaje się wywoływać powszechną dysfunkcję związaną z pogorszeniem funkcji poznawczych i chorobami neurodegeneracyjnymi, takimi jak Alzheimer.

Badanie opublikowane w „Science” skupiło się na tym, jak starzenie zakłóca „proteostazę”, czyli homeostazę białek. System ten pomaga komórkom prawidłowo budować, utrzymywać i pozbywać się białek. Gdy proteostaza zawodzi, uszkodzone białka mogą gromadzić się w szkodliwe grudki, które zakłócają normalne funkcjonowanie mózgu. Naukowcy twierdzą, że odkrycia dostarczają jednego z najjaśniejszych dotąd wyjaśnień, dlaczego starzejące się mózgi stają się coraz bardziej podatne na choroby i pogorszenie funkcji umysłowych.

„Wiemy, że wiele procesów staje się bardziej dysfunkcyjnych wraz z wiekiem, ale tak naprawdę nie rozumiemy podstawowych molekularnych zasad, dlaczego się starzejemy” – powiedziała autorka badania Judith Frydman, posiadaczka katedry Donald Kennedy w Szkole Nauk Humanistycznych i Przyrodniczych na Stanford. „Nasze nowe badanie zaczyna dostarczać mechanistycznego wyjaśnienia zjawiska powszechnie obserwowanego podczas starzenia, czyli zwiększonej agregacji i dysfunkcji w procesach wytwarzania białek”.

Aby zbadać, co dzieje się w starzejących się mózgach, naukowcy sięgnęli po turkusową rybę zabójczą, Nothobranchius furzeri. Pochodzące z tymczasowych słodkowodnych basenów na afrykańskiej sawannie, te jaskrawo ubarwione ryby mają bardzo krótką żywotność i szybko rozwijają wiele problemów związanych z wiekiem, co czyni je idealnymi do badań nad starzeniem. Ponieważ myszy i inne ssaki starzeją się znacznie wolniej, badanie biologicznych przyczyn starzenia może zająć lata. Ryby zabójcze pozwalają naukowcom obserwować te same procesy w znacznie szybszym tempie.

Zespół porównał młode, dorosłe i stare ryby, badając wiele aspektów produkcji białek w komórkach mózgowych. Zmierzyli poziomy aminokwasów, transferowego RNA, informacyjnego RNA (mRNA), białek i innych składników zaangażowanych w komórkową produkcję białek.

**Jak zaczyna się załamywać produkcja białek**

Proteostaza opiera się na starannej równowadze między tworzeniem białek a usuwaniem uszkodzonych. Pomaga również zapobiegać nieprawidłowemu fałdowaniu się białek i zlepianiu w toksyczne agregaty. Te grudki białkowe są silnie powiązane z chorobami neurodegeneracyjnymi, w tym z Alzheimerem. Laboratorium Frydman od lat bada, jak komórki utrzymują proteostazę u prostszych organizmów, takich jak drożdże i nicienie. Nowe odkrycia pokazują, że podobne mechanizmy starzenia występują również u bardziej złożonych kręgowców, takich jak ryby zabójcze i ludzie.

„Wraz z wiekiem tajemniczo pojawiają się problemy na wielu poziomach – mechanicznym, komórkowym i narządowym – ale jedną wspólną cechą jest to, że wszystkie te procesy są mediowane przez białka” – powiedziała Frydman. „To badanie potwierdza, że podczas starzenia centralna maszyneria wytwarzająca białka zaczyna mieć problemy z jakością”.

Naukowcy prześledzili problem do konkretnej fazy syntezy białek znanej jako elongacja translacji. Podczas tego procesu rybosomy poruszają się wzdłuż nici mRNA i składają białka, dodając aminokwasy jeden po drugim. W mózgach starszych ryb rybosomy często się zacinały lub zderzały ze sobą. Te molekularne „korki” zmniejszały produkcję zdrowych białek i zwiększały agregację białek.

„Nasze wyniki pokazują, że zmiany prędkości ruchu rybosomów wzdłuż mRNA mogą mieć głęboki wpływ na homeostazę białek – i podkreślają istotną naturę „regulowanej” prędkości elongacji translacji różnych mRNA w kontekście starzenia” – powiedział Jae Ho Lee, współautor prowadzący artykułu, który pracował nad tym jako doktorant w laboratorium Frydman. Obecnie jest adiunktem na Uniwersytecie Stony Brook.

Odkrycie może również pomóc wyjaśnić inną zagadkową cechę starzenia zwaną „rozprzężeniem białko-transkrypt”. U starzejących się organizmów zmiany poziomów mRNA często przestają odpowiadać zmianom poziomów białek, mimo że mRNA niesie instrukcje potrzebne do produkcji białek.