CU-Boulder-Lachs-Studie liefert neue Einblicke in die Alterung des menschlichen Gehirns

CU-Boulder-Lachs-Studie liefert neue Einblicke in die Alterung des menschlichen Gehirns
CU-Boulder-Lachs-Studie liefert neue Einblicke in die Alterung des menschlichen Gehirns
Anonim

Eine Studie der University of Colorado in Boulder über Binnenlachs weist darauf hin, dass sie eine genetisch programmierte "Alterungsuhr" besitzen, die durch die Reproduktion gesteuert wird, was einen Einblick in das menschliche Altern und die Alzheimer-Krankheit geben kann.

Richard Jones, emeritierter Professor in der Abteilung für Umwelt-, Populations- und Organismusbiologie, sagte, die Studie sei die erste überhaupt, die Ablagerungen eines als Beta-Amyloid bekannten Peptids im Gehirn einer alternden, wilden Wirbeltierpopulation unter natürlichen Bedingungen identifiziert Bedingungen. Klebrige Ablagerungen von Beta-Amyloid, sogenannte Plaques, gelten als eines der Kennzeichen des Alterns und der Alzheimer-Krankheit im menschlichen Gehirn.

Viele Neurologen glauben, dass Beta-Amyloid – produziert, wenn ein Gehirnprotein, das als Amyloid-Vorläuferprotein oder APP bekannt ist, durch Enzyme in Stücke gehackt wird – dazu führt, dass Gehirnneuronen degenerieren und absterben, sagte CU-Boulder-Doktorand und Leiter der Studie Autor Tammy Maldonado. Aber andere Forscher glauben jetzt, dass Beta-Amyloid-Ablagerungen im Gehirn relativ harmlos sind und sogar von Vorteil sein können.

Die CU-Boulder-Biologen fanden heraus, dass bestimmte Hirnregionen von laichenden Lachsen Neurodegeneration und Amyloid-Plaques aufweisen, die denen beim Menschen bemerkenswert ähnlich sind. Aber andere Gehirnbereiche, die für Migrations- und Laichaufgaben verwendet werden, funktionierten trotz des Vorhandenseins von Beta-Amyloid-Plaques weiter, sagte Maldonado.

Die Geruchsregionen des Gehirns funktionierten zum Beispiel gut genug, um es den Fischen zu ermöglichen, zu ihren Ursprungsströmen zurückzukehren und Pheromone zu spüren, um das Laichverh alten zu koordinieren, trotz des Vorhandenseins von APP und Amyloid-Plaques. In ähnlicher Weise funktionierten auch Gehirnregionen, die Magnet- und Vibrationssinne kontrollieren, die für das Sexualverh alten von Lachsen wichtig sind, trotz Ansammlungen von Beta-Amyloid-Ablagerungen und APP in diesen Bereichen des Gehirns, sagte sie.

"Anstatt Mörder zu sein, können Amyloid-Plaques in Zeiten von Stress und Trauma Verbündete des Gehirns sein", sagte Jones. „Unsere Arbeit an Lachs könnte darauf hindeuten, dass sich Amyloid-Plaques um tote Neuronen herum bilden können, ähnlich wie bei Pflastern, die verhindern, dass Toxine, die von toten Neuronen produziert werden, gesunde Neuronen erreichen.“

Ein Artikel zu diesem Thema, verfasst von Maldonado, Jones und dem Biologieprofessor David Norris von der CU-Boulder, wird in der Ausgabe vom 10. März von Brain Research, einer der weltweit führenden neurologischen Zeitschriften, veröffentlicht. Die von der National Science Foundation und den National Institutes of He alth unterstützten Forschungsanstrengungen umfassten auch die ehemalige CU-Boulder-Doktorandin Laura Carruth und mehrere Biologen der Colorado Division of Wildlife.

Für die Studie verwendeten die Forscher eine Wildpopulation von Kokanee-Lachs, einer Binnensorte von Sockeye-Lachs, die aus dem Colorado River in der Nähe des Granby Reservoirs in den zentralen Colorado-Bergen stammt.Alle im Pazifischen Ozean heimischen Lachsarten vermehren sich nur einmal – normalerweise im Alter zwischen 2 und 4 Jahren – und sterben dann fast sofort ab.

Die Gehirne der Kokanee-Lachse in der Studie wurden konserviert, in Querschnitte geschnitten und chemisch gefärbt, um Bereiche mit APP- und Amyloid-Plaque-Ansammlungen zu identifizieren. Lachse sind ein gutes Modell zum Studieren, weil die physiologische Kaskade von Alterungseffekten ähnlich wie beim Menschen abläuft, obwohl Lachse nach der Fortpflanzung einen erstaunlich schnellen Weg in Richtung Tod nehmen, sagte Norris.

Sowohl Lachse als auch Menschen weisen bemerkenswert ähnliche Alterungssymptome auf, darunter Hirnzerfall, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Muskelatrophie, Hautläsionen und die Resorption innerer Organe. Laborstudien von APP- und Beta-Amyloid-Molekülen, die aus Lachsgehirnen und aus einem kleinen Stück Gehirngewebe eines Menschen gewonnen wurden, der an der Alzheimer-Krankheit starb, zeigten, dass die Moleküle „sehr ähnlich, wenn nicht identisch“sind, sagte Maldonado.

In der Studie wurde gezeigt, dass junge, kastrierte Kokanee-Lachse 7 bis 9 Jahre alt werden, anstatt wie normale, laichende Kokanee-Lachse im Alter von 2 oder 3 Jahren zu sterben, was darauf hindeutet, dass Lachse einen „Alterungsalarm“haben " zeitgesteuert, um bei der Wiedergabe auszugehen. Massive Anstiege eines als Cortisol bekannten Stresshormons treten sowohl bei sich fortpflanzenden als auch bei sterilen Lachsen kurz vor dem Beginn des schnellen Alterungsprozesses und dem anschließenden Tod auf, sagte Norris.

"Cortisolstöße können diesen Fischen helfen, Zucker zu verstoffwechseln und genug Energie zu produzieren, um ihre Heimatströme zu finden und sich zu reproduzieren, aber die Stöße können auch die Alterung und den Tod des Gehirns auslösen", sagte Maldonado. Die Forscher planen, jungen Lachsen im nächsten Herbst Cortisol und mehrere andere Hormone zu injizieren, um zu sehen, ob das Experiment dazu führt, dass sich Amyloid-Plaques im Gehirn der Studienfische bilden.

Laborexperimente haben gezeigt, dass hohe Konzentrationen von Cortisolspitzen, die im Blut alternder Ratten und Menschen vorkommen, bei Alzheimer-Opfern in höheren Mengen vorhanden sind und dafür bekannt sind, bestimmte Bereiche von Neuronen im Gehirn zu töten.

"Wenn wir herausfinden, dass Stresshormone die Bildung von Amyloid-Plaques im Gehirn von Lachsen verursachen, wäre das ein ziemlicher Durchbruch", sagte Norris.

Die Gehirne der Kokanee-Lachse in der Studie wurden konserviert, in Querschnitte geschnitten und chemisch gefärbt, um Bereiche mit APP- und Amyloid-Plaque-Ansammlungen zu identifizieren. Lachse sind ein gutes Modell zum Studieren, weil die physiologische Kaskade von Alterungseffekten ähnlich wie beim Menschen abläuft, obwohl Lachse nach der Fortpflanzung einen erstaunlich schnellen Weg in Richtung Tod nehmen, sagte Norris.

Sowohl Lachse als auch Menschen weisen bemerkenswert ähnliche Alterungssymptome auf, darunter Hirnzerfall, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Muskelatrophie, Hautläsionen und die Resorption innerer Organe. Laborstudien von APP- und Beta-Amyloid-Molekülen, die aus Lachsgehirnen und aus einem kleinen Stück Gehirngewebe eines Menschen gewonnen wurden, der an der Alzheimer-Krankheit starb, zeigten, dass die Moleküle „sehr ähnlich, wenn nicht identisch“sind, sagte Maldonado.

In der Studie wurde gezeigt, dass junge, kastrierte Kokanee-Lachse 7 bis 9 Jahre alt werden, anstatt wie normale, laichende Kokanee-Lachse im Alter von 2 oder 3 Jahren zu sterben, was darauf hindeutet, dass Lachse einen „Alterungsalarm“haben " zeitgesteuert, um bei der Wiedergabe auszugehen. Massive Anstiege eines als Cortisol bekannten Stresshormons treten sowohl bei sich fortpflanzenden als auch bei sterilen Lachsen kurz vor dem Beginn des schnellen Alterungsprozesses und dem anschließenden Tod auf, sagte Norris.

"Cortisolstöße können diesen Fischen helfen, Zucker zu verstoffwechseln und genug Energie zu produzieren, um ihre Heimatströme zu finden und sich zu reproduzieren, aber die Stöße können auch die Alterung und den Tod des Gehirns auslösen", sagte Maldonado. Die Forscher planen, jungen Lachsen im nächsten Herbst Cortisol und mehrere andere Hormone zu injizieren, um zu sehen, ob das Experiment dazu führt, dass sich Amyloid-Plaques im Gehirn der Studienfische bilden.

Laborexperimente haben gezeigt, dass hohe Konzentrationen von Cortisolspitzen, die im Blut alternder Ratten und Menschen vorkommen, bei Alzheimer-Opfern in höheren Mengen vorhanden sind und dafür bekannt sind, bestimmte Bereiche von Neuronen im Gehirn zu töten.

"Wenn wir herausfinden, dass Stresshormone die Bildung von Amyloid-Plaques im Gehirn von Lachsen verursachen, wäre das ein ziemlicher Durchbruch", sagte Norris.

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