Науковці з Вірджинського політехнічного інституту (Virginia Tech) з’ясували, що вікові порушення пам’яті виникають через молекулярні зміни в мозку. Погіршення пам’яті, схоже, не є просто природною частиною старіння. Дослідники виявили, що цей процес пов’язаний із конкретними молекулярними перебудовами в мозку, і що корекція цих механізмів може реально покращити роботу пам’яті. У двох пов’язаних між собою дослідженнях доцент факультету сільського господарства та наук про життя Вірджинського політеху Тімоті Джером разом зі своїми аспірантами застосували передові методи генної модифікації, щоб усунути вікові зміни на молекулярному рівні та підвищити когнітивну функцію у старших піддослідних. Експерименти проводилися на щурах — тваринах, які традиційно використовують для моделювання процесів старіння пам’яті. «Проблеми з пам’яттю спостерігаються більш ніж у третини людей старших за 70 років і є одним із головних факторів ризику розвитку хвороби Альцгеймера», — пояснює Джером, який також працює у Школі нейронаук. «Наші результати показують, що погіршення пам’яті пов’язане з конкретними молекулярними змінами, які можна вивчати та цілеспрямовано коригувати. Якщо ми зрозуміємо, що саме запускає ці процеси на рівні молекул, зможемо краще розібратися, що йде не так при деменції, і врешті-решт розробити нові методи лікування». Дві ділянки мозку — ключ до пам’яті У першому дослідженні, опублікованому в журналі Neuroscience, команда вивчала механізм під назвою K63-поліубіквітинація — процес, який працює як система «міток» для білків у мозку, визначаючи, як вони повинні поводитись. У нормі цей механізм підтримує зв’язок між нейронами і допомагає формувати спогади. Дослідники з’ясували, що з віком цей процес порушується у двох ключових зонах мозку. У гіпокампі — ділянці, що відповідає за формування та відтворення спогадів — рівень K63-поліубіквітинації підвищується. Використовуючи систему редагування РНК CRISPR-dCas13, вчені знизили ці рівні та помітили значне покращення пам’яті у старших щурів. В амігдалі — зоні, що відповідає за емоційну пам’ять — цей рівень, навпаки, знижується з віком. І коли дослідники зменшили його ще більше, це теж призвело до покращення пам’яті. «Наші результати демонструють важливість K63-поліубіквітинації у процесі старіння мозку. В обох зонах її регулювання допомогло відновити функцію пам’яті», — зазначив Джером. Активація гена, який підтримує пам’ять Друге дослідження, опубліковане у Brain Research Bulletin, було зосереджене на гені IGF2 — факторі росту, який сприяє формуванню пам’яті. У процесі старіння активність цього гена в гіпокампі знижується, адже він зазнає хімічного «заглушення». «IGF2 — один із небагатьох генів, який експресується лише з однієї батьківської копії, — пояснює Джером. — Коли ця єдина активна копія з віком вимикається, мозок втрачає її користь». Вчені з’ясували, що це відбувається через метилювання ДНК — природний процес, коли на гені накопичуються хімічні мітки, які вимикають його роботу. Використовуючи точний інструмент редагування CRISPR-dCas9, вони видалили ці мітки й знову активували ген. Результат — покращення пам’яті у старших тварин. «Ми фактично знову «ввімкнули» ген, — сказав Джером. — І коли це сталося, старші щури показали набагато кращі результати. Цікаво, що у тварин середнього віку, які ще не мали проблем із пам’яттю, ефекту не спостерігалось — отже, дуже важливо втручатися саме тоді, коли процес лише починається». Обидва дослідження показують, що погіршення пам’яті не пов’язане лише з однією молекулою чи шляхом — насправді одночасно задіяно кілька систем, і вони взаємодіють у складний спосіб. «Ми часто розглядаємо лише один фактор, але правда в тому, що в мозку все відбувається паралельно. Якщо ми хочемо зрозуміти, чому пам’ять слабшає з віком або як розвивається хвороба Альцгеймера, потрібно дивитися ширше», — підкреслює Джером. Командна робота та участь аспірантів Обидва проєкти були ініційовані аспірантами лабораторії Джерома та реалізовані у співпраці з ученими з Університету Розалінд Франклін, Університету Індіани та Пенсільванського державного університету. Єун Бе, яка виконала дослідження K63-поліубіквітинації, завершила свою докторську роботу в Школі наук про тварин. Аспірантка Шеннон Кінкейд очолила дослідження, присвячене IGF2. «Це чудовий приклад того, як молоді науковці ведуть дослідження, беруть участь у плануванні експериментів, аналізі даних і формуванні нових наукових питань», — зазначив Джером. Робота була підтримана Національним інститутом здоров’я США та Американською федерацією досліджень старіння. «З віком кожен із нас втрачає частину пам’яті, — каже Джером. — Але коли це стає патологічним, зростає ризик хвороби Альцгеймера. Ми бачимо, що деякі зміни на молекулярному рівні можна виправити — і це відкриває шлях до майбутніх терапевтичних рішень».