Die Studie stellt eine wichtige Verbindung zwischen dem sozialen Umfeld und einem gesunden Gehirn her

Mit zunehmendem Alter wird es immer wichtiger, ein positives und vorhersehbares soziales Umfeld aufrechtzuerhalten. Beispielsweise wurde die Aufrechterhaltung enger Beziehungen zu Freunden und Familie als eine der Schlüsselkomponenten für ein gesundes Altern identifiziert.

Obwohl ein gewisser Rückgang der Gesundheit, des Geistes und des Körpers unvermeidlich ist, hat die Forschung gezeigt, dass die Aufrechterhaltung eines positiven sozialen Umfelds dazu beitragen kann, einige der wichtigsten Belastungen und Probleme des Alterns zu verhindern.

Wissenschaftler sind seit langem daran interessiert, diese Grundursachen zu untersuchen und herauszufinden, wie die Umwelt einen Weg bieten kann, die Geschwindigkeit zu verlangsamen, mit der unser Gehirn altert.

Wir haben immer noch kein klares Bild davon, wie unser soziales Umfeld „unter die Haut gehen“ kann, um unseren Körper und unser Gehirn zu beeinflussen, aber viele neuere Studien weisen auf Veränderungen auf der Ebene der Genregulation hin – wie unsere Gene eingeschaltet werden. Inklusion und Exklusion.”

Noah Snyder-Mackler, Associate Professor, Arizona State University School of Life Sciences, Center for Evolution and Medicine, und ASU Biodesign Institute Neurodegenerative Disease Research Affiliate

Und dank neuer Technologien können Wissenschaftler beginnen, die mysteriöse Verbindung zwischen der Dynamik des sozialen Umfelds einer Person und molekularen Veränderungen im Gehirn aufzudecken.

Da Studien am Menschen jedoch schwierig durchzuführen sind und Alterungsprozesse Jahrzehnte über die typische menschliche Lebensspanne hinaus dauern, haben sich Wissenschaftler wie Snyder-Mackler der Verwendung unserer engsten genetischen Verwandten, den nichtmenschlichen Primaten, zugewandt, um besser zu verstehen, wie unsere soziale Umgebung unsere Physiologie verändern kann … von der Ebene des Organismus bis hin zu unseren Genen.

In einer neuen Studie führten Snyder-Mackler und die Co-Autoren Kenneth Chiu (ASU-Postdoktorand) und Alex DeCassien (früher an der NYU, jetzt Postdoktorand des National Institute of Mental Health) eine internationale Studie durch. Team, das zeigte, dass in einer Population von Makaken Frauen mit höherem sozialem Status jüngere, stabilere molekulare Profile hatten, die eine Schlüsselverbindung zwischen dem sozialen Umfeld und einem gesunden Gehirn darstellen.

Diese Arbeit wurde an Rhesusaffen durchgeführt, die „die am besten untersuchten nichtmenschlichen Primaten-Modellarten in der Medizin sind. Diese Tiere zeigen auch die gleichen altersbedingten Veränderungen, die wir beim Menschen sehen, einschließlich einer Abnahme der Knochendichte und Muskelmasse, Veränderungen des Immunsystems und einer allgemeinen Abnahme der Verhaltens-, sensorischen und kognitiven Funktionen”, sagte Snyder-Mackler.

Das Team bestand aus Schlüsselpersonen des Caribbean Primate Research Center/University of Puerto Rico, der University of Washington, der University of Pennsylvania, der University of Exeter, der New York University, der North Carolina Central University, der University of Calgary und der University of Lyon. Die Studie wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Neurologie der Natur (DOI: 10.1038/s41593-022-01197-0) und wird vom National Institute on Aging, dem National Institute of Mental Health, der National Science Foundation und dem Office of Research Infrastructure der National Institutes of Health finanziert.

„Diese Studie baut auf mehr als 15 Jahren Arbeit unseres Teams auf, das die Wechselwirkungen zwischen Sozialverhalten, Genetik und dem Gehirn des Cayo-Makaken untersucht hat“, sagte Michael Platt, Professor an der Perelman School of Medicine, School of Arts and Sciences and Wharton Business School an der University of Pennsylvania. “Die Entdeckungen unseres Teams zeigen den Wert all der harten Arbeit und der Ressourcen, die in diese Langzeitstudie investiert wurden.”

“Die Studie zeigt den Wert des Aufbaus langfristiger kooperativer Netzwerke zwischen Institutionen”, fügte James Higham, Professor für Anthropologie an der New York University, hinzu. „Die langfristige Finanzierung solcher Netzwerke ist der Schlüssel zur Generierung wichtiger interdisziplinärer Erkenntnisse in naturnahen Tierpopulationen.“

Soziales Umfeld und die Biologie des Alterns

Das breite Thema des Snyder-Mackler-Labors ist die Untersuchung der Ursachen und Folgen von Veränderungen im sozialen Umfeld, die auf Skalen von winzigen Molekülen bis zum gesamten Organismus untersucht werden.

In den letzten zehn Jahren haben neue genomische Technologien Forscher dazu veranlasst, diese Wechselwirkungen auf einem beispiellosen Niveau zu erforschen, um dieses dynamische Zusammenspiel zwischen der Umwelt und dem Genom zu untersuchen. Können soziale oder umweltbedingte Widrigkeiten das Altern auf molekularer Ebene nachahmen? Die Antwort ist definitiv ja. Das Team von Snyder-Mackler veröffentlichte kürzlich (10.1073/pnas.2121663119) eine der ersten Studien, die zeigte, dass Menschen, die eine Naturkatastrophe, insbesondere einen Hurrikan, erlebten, ein molekular älteres Immunsystem hatten.

Die Gruppe, die sie untersuchten, war eine Population von frei lebenden Rhesusaffen, die auf der abgelegenen Insel Cayo Santiago in Puerto Rico lebten. Die Tiere leben seit 1938 auf der Insel und werden vom Caribbean Primate Research Centre (CPRC) verwaltet.

Um den Zusammenhang zwischen sozialem Status und dem Innenleben des Gehirns herzustellen, führte das Team zwei weitere Studien durch: 1) Generierung umfassender Genexpressionsdatensätze aus 15 verschiedenen Gehirnregionen und 2) Fokussierung auf eine Region an einem Ort im Detail. auf zellulärer Ebene (in diesem Fall eine detaillierte Analyse innerhalb einer einzelnen Gehirnregion, des dorsolateralen präfrontalen Cortex (dlPFC), einer Gehirnregion, die lange mit Gedächtnis, Planung und Entscheidungsfindung in Verbindung gebracht wurde. Diese Arbeit wurde durch detaillierte Verhaltensbeobachtungen und ergänzt Datenerhebung an 36 untersuchten Tieren (20 Weibchen und 16 Männchen).

Aufstrebende Modelle

Als sie jede Gehirnregion der Probe nach Alter gruppierten, stachen 8 verschiedene Gencluster heraus. Zu den interessantesten gehörten diejenigen, die an Stoffwechselprozessen, Zellsignalisierung, Immunität und Stressreaktionen beteiligt sind.

“Am Ende haben wir Tausende von Genen gefunden, die altersbedingte Unterschiede in der Expression zeigen, darunter etwa 1.000, die sehr konsistente Muster im Gehirn zeigen”, sagte Chiu.

Als nächstes machten sie sich an ihre Analyse, um den präfrontalen Kortex auf der Ebene einer einzelnen Zelle zu vergrößern.

„Wir haben unsere Genexpressionsdaten des gesamten Gehirns mit Genexpressionsmessungen in 71.863 einzelnen dlPFC-Zellen von 24 weiblichen Makaken über die gesamte Lebensspanne ergänzt“, sagte Chiu.

Die Genexpressionsdaten ermöglichten es ihnen, jede einzelne Zelle in acht große neuronale Zelltypen (wie exzitatorische Neuronen, Mikroglia usw.) zu klassifizieren und sie dann weiter in 26 verschiedene Zelltypen und Subtypen in der dlPFC-Gehirnregion zu zerlegen.

Sie fanden auch starke Parallelen zwischen altersbedingten Mustern von Makaken und menschlicher Genexpression. Einige dieser Variationen waren spezifisch für Regionen, die mit degenerativen neurologischen Erkrankungen assoziiert sind, während andere erhaltene neurologische Muster widerspiegeln, die mit dem höheren Alter im gesamten Gehirn assoziiert sind.

Verglichen mit den Gehirndaten von Maus und Mensch waren die Signalwege, die die größte Ähnlichkeit in der altersbedingten Variation zwischen den Regionen zeigten, zentral für die Kommunikation der Gehirnzellen (chemische synaptische Übertragung, die fünf Regionen gemeinsam ist), das Gehirnwachstum (negative Regulation der Neurogenese, Verteilung auf drei Regionen). ) und ein wichtiges regulatorisches Gen im Gehirn für Zellwachstum und Zelltod (positive Regulation des pro-inflammatorischen Zytokin-Tumor-Nekrose-Faktors, gemeinsam in drei Regionen).

Aber nicht alle Ergebnisse haben Parallelen beim Menschen, was darauf hindeutet, dass es möglicherweise Ursachen für einige neurodegenerative Erkrankungen gibt, die auch Teil dessen sind, was uns einzigartig menschlich macht.

Diese Hauptunterschiede zwischen den Auswirkungen des Alters bei Makaken und Menschen können helfen, die einzigartigen Mechanismen zu erklären, die einigen menschlichen neurodegenerativen Erkrankungen zugrunde liegen.

Unter den biochemischen Wegen, die die größten Altersunterschiede zwischen den Regionen zeigten, waren Energiewege (Elektronentransportkette/oxidative Phosphorylierung in vier Regionen gefunden). Interessanterweise wurden menschliche neurodegenerative Erkrankungen wie die Parkinson-Krankheit (vier Regionen), die Huntington-Krankheit (drei Regionen) und die Alzheimer-Krankheit (eine Region) mit einigen der unterschiedlichsten Gensätze zwischen Menschen und Affen in Verbindung gebracht.

“Dies deutet darauf hin, dass sich neurodegenerative Signalwege beim Menschen zwar in einigen Regionen von den Altersprofilen der Makaken unterscheiden, aber dennoch starke Überschneidungen mit sozialen Widrigkeiten aufweisen, was parallel zu epidemiologischen Verbindungen beim Menschen zwischen sozialen Widrigkeiten und neurodegenerativen Erkrankungen führt”, sagte DeCasien.

Das Altern ist mit einer Veränderung des sozialen Umfelds verbunden

Anschließend wendete das Team seine Daten auf die sozialen Aspekte des Alterns von Makaken an, die mehrere einzigartige Merkmale aufweisen. Bei weiblichen Makaken wird der Dominanzrang (ähnlich dem sozialen Status eines Affen) von der Mutter vererbt und bleibt größtenteils lebenslang stabil. Dies unterscheidet sich stark von dem Muster männlicher Makaken, die ihre Gruppen verlassen, wenn sie ausgewachsen sind, und in ihre neuen Gruppen am unteren Ende der Hierarchie eintreten, bevor sie im Rang aufsteigen, wenn ihr Aufenthalt in der neuen Gruppe länger wird.

„Beweise von Menschen und anderen sozialen Spezies deuten darauf hin, dass die Variabilität des Risikos, des Auftretens und des Fortschreitens altersbedingter Krankheiten teilweise durch Unterschiede in sozialen Widrigkeiten erklärt wird“, sagte Snyder-Mackler. “Bei weiblichen Makaken zum Beispiel ist ein niedriger sozialer Status mit einer erhöhten Sterblichkeit verbunden, und seine Auswirkungen auf die Genexpression von Immunzellen sind ähnlich denen auf die Genexpression des Alterns beim Menschen.”

Als nächstes wollten sie feststellen, ob soziale Schwierigkeiten mit molekularen Altersmarkern im Makakengehirn in Verbindung gebracht werden können. Das haben sie gefundenDie Wirkung des Ranges auf die Genexpression war besonders wird von jüngeren molekularen Profilen bei hochrangigen Frauen angetrieben, was darauf hindeutet, dass die Assoziation zwischen höherem Rang und jüngerem Gehirnalter nicht linear entlang der sozialen Hierarchie ausgedrückt wird, sondern stattdessen spezifisch für die ranghöchsten Frauen ist. Ein hoher sozialer Status kann mehrere Vorteile mit sich bringen, darunter einen besseren Zugang zu Ressourcen, ein besser vorhersehbares Umfeld und weniger Belästigung durch Gleichaltrige.

“Unsere Ergebnisse gehören zu den ersten Beweisen für molekulare Parallelen zwischen Alterung und sozialen Widrigkeiten im Gehirn und liefern einen Schlüsselmechanismus, der ungünstige (oder umgekehrt günstige) Umgebungen und einen früheren Beginn und ein schnelleres Fortschreiten von altersbedingtem Rückgang und Krankheit des Gehirns verbindet”, sagte DeCassien.

Letzte Gedanken

Diese Atlanten und Erkenntnisse werden nun wertvolle Objekte für die zukünftige Erforschung eines verständlichen, klinisch relevanten Modells der menschlichen Gesundheit und des Alterns liefern.

Diese Beziehungen haben möglicherweise eine kausale Erklärung; Es wird beispielsweise angenommen, dass chronischer Stress im Zusammenhang mit sozialen Schwierigkeiten das Altern beschleunigt, indem er zu chronischen Entzündungen beiträgt, die durch ein geschwächtes Immunsystem verursacht werden. Ihre Arbeit unterstreicht, wie wichtig es ist, das soziale Umfeld als Schlüsselfaktor für Alterung und Gesundheit zu betrachten.

„Es besteht kein Zweifel mehr daran, dass das Sozialleben von Menschen und anderen Tieren, die in Gruppen leben, untrennbar mit ihrer restlichen Biologie verflochten ist“, sagt Lauren Brent, außerordentliche Professorin für Tierpsychologie und Verhalten an der University of Exeter. „Spannende zukünftige Forschung wird uns zeigen, warum unsere Interaktionen mit anderen beeinflussen können, wie schnell wir altern, und ob diese Effekte reversibel sind.

Und vielleicht sind wir dank der Daten und Ergebnisse dieser Studie auf dem Weg zu diesem Ziel. „Zusammengenommen stellen unsere Ergebnisse eine reichhaltige molekulare Ressource dar, die altersbedingte molekulare Veränderungen im Gehirn in einem nichtmenschlichen Primatenmodell katalogisiert, das in einer komplexen sozialen und natürlichen Umgebung lebt“, sagte Snyder-Mackler. „Wir hoffen, dass sie neue Erkenntnisse darüber liefern, wie wir alle länger, gesünder und glücklicher leben können.“

Quelle:

Link zum Magazin:

Chiou, KL, usw. (2022) Multiregionales Transkriptom-Profiling des Primatengehirns enthüllt Signaturen des Alterns und des sozialen Umfelds. Neurologie der Natur. doi.org/10.1038/s41593-022-01197-0.

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