Καθώς γερνάμε, η σύνθεση και η λειτουργία των πρωτεϊνών στον εγκέφαλο αλλάζουν, επηρεάζοντας την απόδοσή του σε μεταγενέστερη ηλικία — επηρεάζοντας τη μνήμη, τα αντανακλαστικά του και τον κίνδυνο νευροεκφυλιστικών ασθενειών.

Μια διεθνής ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον Δρ Alessandro Ori από το Leibniz Institute on Aging—Fritz Lipmann Institute (FLI) ανακάλυψε ότι μια συγκεκριμένη χημική τροποποίηση, γνωστή ως ουβικιτυλίωση, παίζει καθοριστικό ρόλο σε αυτές τις διαδικασίες. Αυτή η τροποποίηση καθορίζει ποιες πρωτεΐνες παραμένουν ενεργές και ποιες προορίζονται για εκφύλιση.

Τα ευρήματα έχουν δημοσιευτεί στο Nature Communications.

Πώς η γήρανση μεταβάλλει τις πρωτεΐνες του εγκεφάλου

Οι πρωτεΐνες εκτελούν ζωτικές λειτουργίες στον εγκέφαλο — ελέγχουν το μεταβολισμό, τη μετάδοση σημάτων και την ενεργειακή ισορροπία στα κύτταρα. Για να λειτουργούν σωστά, πρέπει να καταστρέφονται, να ανανεώνονται ή να τροποποιούνται χημικά συνεχώς. Μία από αυτές τις τροποποιήσεις, η λεγόμενη ουβικιτυλίωση, λειτουργεί ως ένα είδος μοριακής ετικέτας: σημαδεύει τις πρωτεΐνες που προορίζονται για αποικοδόμηση και ρυθμίζει τη δραστηριότητά τους.

«Οι αναλύσεις μας έδειξαν ότι η γήρανση οδηγεί σε θεμελιώδεις αλλαγές στον τρόπο με τον οποίο οι πρωτεΐνες στον εγκέφαλο επισημαίνονται χημικά», εξηγεί ο Δρ. Alessandro Ori, πρώην επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας στο FLI.

«Η διαδικασία της ουβικιτυλίωσης λειτουργεί σαν μοριακός διακόπτης — καθορίζει αν μια πρωτεΐνη παραμένει ενεργή, αλλάζει τη λειτουργία της ή αποσυντίθεται. Στους γηράσκοντες εγκεφάλους των ποντικών, παρατηρήσαμε ότι αυτό το λεπτομερώς ρυθμισμένο σύστημα γίνεται όλο και πιο ανισόρροπο: πολλές ετικέτες συσσωρεύονται και μερικές ακόμη και χάνονται, ανεξάρτητα από την ποσότητα μιας συγκεκριμένης πρωτεΐνης που υπάρχει».

Το «σύστημα ανακύκλωσης» του κυττάρου χάνει τη δύναμή του

Καθώς γερνάμε, το εσωτερικό «σύστημα ανακύκλωσης» του κυττάρου αρχίζει επίσης να εξασθενεί. Το πρωτεάσωμα — μια μοριακή μηχανή υπεύθυνη για την αποικοδόμηση των κατεστραμμένων ή περιττών πρωτεϊνών — χάνει σταδιακά την αποτελεσματικότητά του. Ως αποτέλεσμα, οι πρωτεΐνες που έχουν επισημανθεί για απόρριψη με ουβικιτίνη αρχίζουν να συσσωρεύονται στον εγκέφαλο, ένα σαφές σημάδι ότι ο μηχανισμός καθαρισμού των κυττάρων δεν λειτουργεί πλέον σωστά.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι περίπου το ένα τρίτο των σχετιζόμενων με την ηλικία αλλαγών στην ουβικιτυλίωση των πρωτεϊνών στον εγκέφαλο μπορεί να συνδεθεί άμεσα με αυτή τη μείωση της δραστηριότητας του πρωτεασώματος.

«Τα δεδομένα μας δείχνουν ότι η μειωμένη ικανότητα των κυττάρων να απομακρύνουν πλήρως τις κατεστραμμένες πρωτεΐνες είναι ένας κεντρικός μηχανισμός της γήρανσης του εγκεφάλου», συνοψίζουν ο Δρ Antonio Marino και ο Δρ Domenico Di Fraia, οι δύο πρώτοι συγγραφείς της μελέτης.

«Η ευαίσθητη ισορροπία μεταξύ της σύνθεσης και της αποικοδόμησης των πρωτεϊνών μεταβάλλεται — ένα τυπικό χαρακτηριστικό της κυτταρικής γήρανσης. Μακροπρόθεσμα, αυτό μπορεί επίσης να βλάψει τη λειτουργία των νευρικών κυττάρων στον εγκέφαλο».

Η διατροφή ως ρυθμιστής – ένα ελπιδοφόρο σημάδι

Σε ένα περαιτέρω βήμα, οι ερευνητές διερεύνησαν εάν τα μοτίβα ουβικιτυλίωσης που βρέθηκαν μπορούσαν να επηρεαστούν από αλλαγές στη διατροφή. Για το σκοπό αυτό, τα ηλικιωμένα ποντίκια υποβλήθηκαν σ' ένα διατροφικό πλάνο μείωσης των θερμίδων για τέσσερις εβδομάδες πριν επιστρέψουν σε μια κανονική διατροφή. Το εκπληκτικό αποτέλεσμα ήταν ότι η βραχυπρόθεσμη αλλαγή στη διατροφή άλλαξε σημαντικά το μοτίβο ουβικιτυλίωσης στα ποντίκια – σε ορισμένες πρωτεΐνες, επανήλθε ακόμη και στην προηγούμενη, νεανική κατάσταση.

«Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι ακόμη και σε μεγάλη ηλικία, η διατροφή μπορεί να έχει σημαντική επίδραση στις μοριακές διεργασίες στον εγκέφαλο», τονίζει ο Δρ. Ori. «Ωστόσο, η διατροφή δεν επηρεάζει όλες τις διαδικασίες γήρανσης στον εγκέφαλο εξίσου: ορισμένες επιβραδύνονται, ενώ άλλες δεν αλλάζουν σχεδόν καθόλου ή ακόμη και αυξάνονται».

Η μελέτη παρέχει έτσι νέες πληροφορίες για τους μοριακούς μηχανισμούς της γήρανσης του εγκεφάλου. Υποδηλώνει ότι η ουβικιτυλίωση είναι ένας ευαίσθητος βιοδείκτης των διαδικασιών γήρανσης — και ενδεχομένως ένα σημείο εκκίνησης για την επιβράδυνση της γήρανσης των νευρικών κυττάρων.

Μακροπρόθεσμα, η μελέτη αυτών των διαδικασιών θα μπορούσε να συμβάλει στην καλύτερη κατανόηση της σχέσης μεταξύ διατροφής, ισορροπίας πρωτεϊνών και νευροεκφυλιστικών ασθενειών, όπως η νόσος του Αλτσχάιμερ.

Πηγή: Medical Xpress