Потеря памяти – это не обязательно неизбежная часть старения. Новые исследования, проведенные учеными из Политехнического университета Виргинии, показывают, что возрастное снижение памяти вызвано специфическими молекулярными изменениями в мозге. Более того, тонкая настройка этих процессов может помочь восстановить когнитивные функции.
В двух взаимодополняющих работах профессор Тимоти Джаром из Школы наук о животных при Колледже сельского хозяйства и наук о жизни, а также его аспиранты, использовали передовые инструменты генного редактирования для воздействия на эти молекулярные изменения. Целью их исследования было улучшение памяти у стареющих крыс, которые традиционно служат моделью для изучения возрастного снижения когнитивных способностей.
По словам профессора Джарома, который также работает в Школе нейронаук, «потеря памяти затрагивает более трети людей старше 70 лет и является серьезным фактором риска развития болезни Альцгеймера». Он подчеркивает: «Эта работа демонстрирует, что снижение памяти связано с конкретными молекулярными изменениями, которые можно изучать и на которые можно воздействовать. Если мы сможем понять, что движет этим на молекулярном уровне, мы начнем понимать, что идет не так при деменции, и в конечном итоге использовать эти знания для разработки новых подходов к лечению».
В первом исследовании, опубликованном в журнале *Neuroscience* и проведенном под руководством Джарома и докторантки Йеын Бэ, ученые изучали молекулярный процесс, известный как K63 полиубиквитинирование. Этот процесс действует как система «меток», которая управляет поведением белков внутри клеток мозга. При правильном функционировании он помогает нейронам эффективно обмениваться информацией и формировать воспоминания.
Исследователи обнаружили, что старение изменяет этот процесс в двух важных областях мозга. В гиппокампе, отвечающем за формирование и извлечение воспоминаний, уровни K63 полиубиквитинирования возрастают с возрастом. Используя систему генного редактирования CRISPR-dCas13, команда понизила эти уровни и наблюдала улучшение памяти у стареющих крыс.
Напротив, в миндалевидном теле – области, критически важной для эмоциональной памяти – K63 полиубиквитинирование с возрастом снижается. Когда исследователи дополнительно уменьшили эту активность, производительность памяти также улучшилась.
«В обеих областях корректировка этого одного молекулярного процесса помогла улучшить память», – пояснил Джаром. – «Вместе эти открытия раскрывают важные функции K63 полиубиквитинирования в процессе старения мозга».
Второе исследование, опубликованное в *Brain Research Bulletin* и проведенное под руководством Джарома и докторантки Шеннон Кинкейд, было сосредоточено на IGF2 – гене фактора роста, известном своей ролью в формировании памяти. С возрастом активность IGF2 снижается, поскольку ген химически «замолкает» в гиппокампе.
«IGF2 – это один из немногих импринтированных генов в нашей ДНК, что означает, что он экспрессируется только из одной родительской копии», – сказал Джаром. – «Когда эта единственная копия начинает отключаться с возрастом, вы теряете ее преимущества».
Команда обнаружила, что это «замалчивание» происходит через метилирование ДНК – естественный процесс, добавляющий химические метки к ДНК, отключая ген. Используя систему генного редактирования CRISPR-dCas9, они удалили эти метки и успешно реактивировали IGF2. Стареющие крысы продемонстрировали значительное улучшение памяти после того, как ген был вновь включен.
«Мы, по сути, включили ген обратно», – отметил Джаром. – «Когда мы это сделали, старые животные показали гораздо лучшие результаты. Животные среднего возраста, у которых еще не было проблем с памятью, не пострадали, что говорит о важности времени вмешательства. Необходимо вмешиваться, когда проблемы только начинают проявляться».
В совокупности эти исследования показывают, что потеря памяти при старении не является результатом одной единственной причины. Вместо этого она включает в себя несколько молекулярных систем, которые изменяются со временем.
«Мы склонны рассматривать одну молекулу за раз, но реальность такова, что происходит много всего одновременно», – объясняет Джаром. – «Если мы хотим понять, почему память снижается с возрастом или почему развивается болезнь Альцгеймера, мы должны взглянуть на более широкую картину».
Оба проекта были выполнены аспирантами в лаборатории Джарома в сотрудничестве с учеными из Университета Розалинд Франклин, Университета Индианы и Университета штата Пенсильвания. Йеын Бэ руководила исследованием K63 полиубиквитинирования, а Шеннон Кинкейд – проектом IGF2.
«Эти проекты представляют собой пример научно-исследовательской работы под руководством аспирантов, которая определяет нашу деятельность», – сказал Джаром. – «Наши студенты активно участвуют в разработке экспериментов, анализе данных и формировании научных вопросов, которыми мы занимаемся».
Исследование было профинансировано Национальными институтами здравоохранения и Американской федерацией исследований старения.
«У каждого человека с возрастом наблюдается некоторое снижение памяти», – добавил Джаром. – «Но когда оно становится аномальным, риск болезни Альцгеймера возрастает. Мы узнаем, что некоторые из этих изменений, происходящих на молекулярном уровне, могут быть скорректированы – и это открывает нам путь к потенциальным методам лечения».
