Μια νέα μελέτη από ερευνητές του Stanford αποκαλύπτει κρίσιμες λεπτομέρειες για τη γήρανση του εγκεφάλου και τις νευροεκφυλιστικές παθήσεις, προσφέροντας ελπίδες για μελλοντικές θεραπείες. Χρησιμοποιώντας ως πρότυπο το turquoise killifish, ένα ψάρι που γερνά γρήγορα, οι επιστήμονες εντόπισαν βασικά προβλήματα στην παραγωγή πρωτεϊνών στα κύτταρα του εγκεφάλου, μια λειτουργία ζωτικής σημασίας που φθίνει με την ηλικία.
Η παραγωγή σωστά διαμορφωμένων και λειτουργικών πρωτεϊνών, διαδικασία γνωστή ως «πρωτεοστάση», είναι θεμελιώδης για τη σωστή λειτουργία των κυττάρων. Καθώς όμως ο οργανισμός γερνά, αυτή η ισορροπία διαταράσσεται, με αποτέλεσμα τη δημιουργία επιβλαβών συσσωματωμάτων πρωτεϊνών, χαρακτηριστικό στοιχείο ασθενειών όπως το Alzheimer, το Parkinson και η ALS.
Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε στις 30 Ιουλίου στο περιοδικό Science, εντόπισε τη διατάραξη της πρωτεοστάσης σε ένα πολύ συγκεκριμένο στάδιο: την επιμήκυνση της μετάφρασης, κατά την οποία το ριβόσωμα κατασκευάζει μια πρωτεΐνη από το αγγελιοφόρο RNA (mRNA). Όπως παρατήρησαν οι ερευνητές, στα γηρασμένα εγκεφαλικά κύτταρα των killifish, τα ριβοσώματα συγκρούονται και μπλοκάρουν, με αποτέλεσμα χαμηλότερη παραγωγή πρωτεϊνών και αυξημένες συσσωρεύσεις.
Η Judith Frydman, επικεφαλής της μελέτης και καθηγήτρια στο Stanford, δήλωσε πως «αν και γνωρίζουμε ότι πολλές διαδικασίες υπολειτουργούν με το πέρασμα του χρόνου, εξακολουθούμε να αγνοούμε τις θεμελιώδεις μοριακές αιτίες της γήρανσης. Η έρευνά μας προσφέρει πλέον έναν ξεκάθαρο μηχανισμό: η βασική μηχανή παραγωγής πρωτεϊνών χάνει την ποιότητά της».
Το turquoise killifish είναι ένα πολύχρωμο ψάρι που ζει σε εποχιακές λιμνούλες της Αφρικής και θεωρείται ιδανικό μοντέλο για τη μελέτη της ταχείας γήρανσης. Η σύντομη διάρκεια ζωής του, μία από τις μικρότερες μεταξύ των σπονδυλωτών, το καθιστά πολύτιμο εργαλείο για ερευνητικά πειράματα γύρω από τη βιολογία του γήρατος.
Στη μελέτη, οι επιστήμονες συνέκριναν νεαρά, ενήλικα και ηλικιωμένα killifish, εξετάζοντας διάφορες πτυχές της παραγωγής πρωτεϊνών όπως τα επίπεδα αμινοξέων, το αγγελιοφόρο RNA, τα μεταφορικά RNA και την ίδια τη λειτουργία των ριβοσωμάτων.
Σύμφωνα με τον Jae Ho Lee, έναν εκ των βασικών συγγραφέων της μελέτης και νυν καθηγητή στο Stony Brook University, «οι αλλαγές στην ταχύτητα με την οποία το ριβόσωμα μετακινείται πάνω στο mRNA μπορούν να έχουν σοβαρές επιπτώσεις στην πρωτεοστάση». Η ομάδα του εντόπισε πως με το πέρασμα της ηλικίας, αυτή η ταχύτητα δυσλειτουργεί, οδηγώντας σε πρωτεΐνες κακής ποιότητας ή ακόμα και σε πλήρη αποτυχία παραγωγής.
Η παρατήρηση αυτή φωτίζει και ένα άλλο φαινόμενο που απασχολεί εδώ και χρόνια τους επιστήμονες της γήρανσης. Στους ηλικιωμένους οργανισμούς, οι ποσότητες συγκεκριμένων mRNA δεν αντικατοπτρίζουν πλέον τις αντίστοιχες ποσότητες πρωτεϊνών, υποδεικνύοντας πρόβλημα στο τελικό στάδιο της σύνθεσης. Οι διαπιστώσεις της παρούσας μελέτης προσφέρουν επιτέλους μια πειστική εξήγηση για το φαινόμενο αυτό, συνδέοντάς το άμεσα με την έκπτωση της λειτουργίας των ριβοσωμάτων.
Το γεγονός ότι η διαδικασία παραγωγής πρωτεϊνών χάνει την αξιοπιστία της με την ηλικία εξηγεί γιατί αρχίζουν να εμφανίζονται δυσλειτουργίες σε τόσο πολλές βιολογικές διεργασίες. Και φυσικά, για να μπορέσεις να λύσεις ένα πρόβλημα, πρέπει πρώτα να κατανοήσεις γιατί δημιουργήθηκε.
Το επόμενο βήμα για την ερευνητική ομάδα είναι να εξετάσει άμεσα τη σύνδεση μεταξύ δυσλειτουργίας των ριβοσωμάτων και εμφάνισης νευροεκφυλιστικών ασθενειών στον άνθρωπο. Παράλληλα, διερευνάται κατά πόσο η βελτίωση της αποδοτικότητας της πρωτεϊνικής μετάφρασης ή η ενίσχυση του ποιοτικού ελέγχου των ριβοσωμάτων μπορεί να αποκαταστήσει την πρωτεοστάση στα εγκεφαλικά κύτταρα και να επιβραδύνει τη γνωστική φθορά που σχετίζεται με το γήρας.
«Η εργασία μας προσφέρει νέες γνώσεις για τη βιογένεση και τη λειτουργία των πρωτεϊνών, αλλά και έναν πολλά υποσχόμενο στόχο για παρεμβάσεις σε ασθένειες που σχετίζονται με την ηλικία», σημειώνει ο Lee.
Η μελέτη αυτή, αν και βασισμένη σε ένα μικρό ψάρι, φέρνει τους επιστήμονες πιο κοντά στην κατανόηση των μηχανισμών της ανθρώπινης γήρανσης και ανοίγει το δρόμο για την ανάπτυξη καινοτόμων θεραπειών που ίσως κάποτε καταφέρουν να επιβραδύνουν ή και να προλάβουν τη γνωστική έκπτωση που συνοδεύει τα γηρατειά.
[via]
