Учёные обнаружили масштабную перестройку мозга в возрасте от 50 до 75 лет

Учёные обнаружили, что начиная со среднего возраста в человеческом мозге начинаются масштабные изменения в регуляции генома. Эти данные могут объяснить, почему возраст является самым мощным фактором риска нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Science, специалисты применили передовые методы одноклеточного анализа для изучения регуляции генов и трёхмерной организации генома в отдельных клетках гиппокампа — области мозга, критически важной для обучения и памяти. Проанализировав образцы взрослых людей разного возраста, команда составила одну из самых детальных на сегодняшний день картин того, как регуляция генома меняется с возрастом.

Одни из самых заметных изменений произошли в микроглии — иммунных клетках, которые поддерживают и защищают мозг. Примерно в возрасте от 50 до 75 лет исследователи обнаружили резкое снижение числа микроглиальных клеток, возникших ещё во время эмбрионального развития. Одновременно их место всё активнее занимали клетки, чьи молекулярные характеристики напоминали иммунные клетки крови.

Этот результат ставит под сомнение давнее предположение о том, что микроглия, сформировавшаяся на ранних этапах развития, остаётся в мозге на протяжении всей жизни человека. Замещающие клетки также демонстрировали более выраженные воспалительные признаки, что позволяет предположить их вклад в хроническое воспаление в стареющем мозге.

Кроме того, учёные зафиксировали существенное сокращение популяций клеток, поддерживающих гематоэнцефалический барьер — защитный барьер, оберегающий мозг от потенциально вредных веществ, циркулирующих в кровотоке.

«Микроглия критически важна для поддержания гомеостаза мозга, — заявил Бин Жэнь, доктор философии, один из авторов исследования, научный директор и генеральный директор Нью-Йоркского геномного центра, профессор генетики и развития, биохимии и молекулярной биофизики, а также системной биологии Колумбийского университета. — Когда эти клетки перестают выполнять свои хозяйственные функции, накапливаются токсичные материалы, способные запускать воспалительные процессы, которые могут способствовать нейродегенеративным заболеваниям».

Изменения не ограничились иммунными клетками. В нескольких типах клеток мозга исследователи наблюдали широкое разрушение трёхмерной архитектуры генома.

Внутри клетки ДНК не упакована в ядре случайным образом. Она свёрнута в высокоорганизованную трёхмерную структуру, которая помогает контролировать, какие гены включаются или выключаются. Учёные обнаружили, что с возрастом эта организация становится менее упорядоченной, что позволяет предположить: ухудшение структуры генома может быть фундаментальной чертой старения мозга.

«Эта работа представляет собой крупный шаг вперёд в понимании того, как старение перестраивает человеческий геном в клетках мозга, — сказал Нейтан Земке, директор по одноклеточной геномике Центра эпигеномики Калифорнийского университета в Сан-Диего. — Эти результаты демонстрируют критическую необходимость изучения регуляции генов и организации генома для механистического понимания процесса старения».

Полученные данные свидетельствуют о том, что старение мозга сложнее, чем простое постепенное угасание. Вместо этого сразу несколько систем, по-видимому, меняются согласованно: иммунные клетки, кровеносные сосуды, нейроны и организация генома.

«Важно, что это исследование показывает: старение — не просто постепенный спад, а скоординированная и динамичная перестройка иммунной, сосудистой и нейронной систем. Эти находки открывают путь к выявлению новых терапевтических целей, направленных на сохранение целостности нейронных цепей и функций мозга на протяжении всей жизни», — отметил Сянминь Сюй, доктор философии, профессор Калифорнийского университета в Ирвайне и один из авторов-корреспондентов исследования.

Исследование является одной из шести работ, опубликованных в Science в рамках программы 4D Nucleome (4DN) Общего фонда Национальных институтов здравоохранения США. Этот десятилетний проект был создан для картирования того, как геном организован в пространстве и как эта организация меняется со временем.

С 2015 по 2025 год программа 4D Nucleome объединила междисциплинарные исследовательские группы со всей территории США для изучения того, как пространственное расположение генома влияет на биологические процессы. Помимо данной работы, доктор Жэнь выступил соавтором-корреспондентом или соавтором ещё трёх статей в Science, посвящённых архитектуре генома в различных типах клеток и временных масштабах.

В совокупности эти исследования создают крупный новый ресурс для учёных и открывают свежие возможности для изучения того, как изменения в организации генома влияют на развитие, старение и заболевания, включая нейродегенеративные расстройства.

Источники:

Материалы предоставлены Нью-Йоркским геномным центром.

Nathan R. Zemke, Seoyeon Lee, Sainath Mamde, Bing Yang, Nicole Berchtold, B. Maximiliano Garduño, Hannah S. Indralingam, Weronika M. Bartosik, Pik Ki Lau, Keyi Dong, Emily Hsu, Amanda Yang, Yasmine Tani, Chumo Chen, Qiurui Zeng, Varun Ajith, Liqi Tong, Chanrung Seng, Daofeng Li, Ting Wang, Jingtian Zhou, Joseph R. Ecker, Christopher K. Glass, Carl W. Cotman, Xiangmin Xu, Bing Ren. Epigenetic and 3D genome reprogramming during the aging of the human hippocampus. Science, 2026; 393 (6809) DOI: 10.1126/science.adt8307