Die Studie stellt eine wichtige Verbindung zwischen dem sozialen Umfeld und gesunden Gehirnen 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 einer der Schlüsselfaktoren für ein gesundes Altern identifiziert.

Während einige Verschlechterungen der Gesundheit, des Geistes und des Körpers unvermeidlich sind, zeigen Studien, dass die Aufrechterhaltung eines positiven sozialen Umfelds dazu beitragen kann, einige der größten Stressoren und Herausforderungen des Alterns zu verhindern.

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

Wir haben immer noch keine genaue Vorstellung davon, wie unser soziales Umfeld „unter die Haut gehen“ kann, um unseren Körper und unser Gehirn zu beeinflussen, aber neueste Arbeiten weisen auf Veränderungen auf der Ebene der Genregulation hin – wie unsere Gene eingeschaltet werden und aus.”

Noah Snyder-Mackler, Assistenzprofessor an der School of Life Sciences der Arizona State University, Center for Evolution and Medicine und ein Partner des Center for Neurodegenerative Disease Research am Biodesign Institute der ASU

Und mit den verfügbaren neuen Technologien können Wissenschaftler damit beginnen, die mysteriöse Beziehung zwischen der Dynamik des sozialen Umfelds und molekularen Veränderungen im Gehirn zu enträtseln.

Aber angesichts der schwierigen Durchführung von Studien am Menschen und Alterungsprozessen, die Jahrzehnte über die typische menschliche Lebensspanne hinausgehen, haben sich Wissenschaftler wie Snyder-Mackler der Verwendung unserer engsten genetischen Cousins, der nichtmenschlichen Primaten, zugewandt, um besser zu verstehen, wie unser soziales Umfeld unsere Physiologie verändern kann – von der Ebene des Organismus bis hin zu unseren Genen.

In einer neuen Studie leiten Snyder-Mackler und die Co-Autoren Kenneth Chiu (Postdoktorand an der ASU) und Alex DeCassien (ehemals an der NYU, jetzt Postdoktorand am National Institute of Mental Health) ein internationales Forschungsteam, das dies demonstriert dass in einer Population von Makaken Weibchen mit höherem sozialem Status jüngere, widerstandsfähigere molekulare Profile haben, die eine Schlüsselverbindung zwischen sozialem Umfeld und gesundem Gehirn darstellen.

Diese Arbeit wurde an Rhesusaffen durchgeführt, die „die am besten untersuchten Modelle für nichtmenschliche Primatenarten in der Medizin sind. Diese Tiere zeigen auch einige der gleichen altersbedingten Veränderungen, die wir beim Menschen sehen, einschließlich einer Abnahme der Knochendichte und der Muskelmasse, des Immunsystems Veränderungen und allgemeine Beeinträchtigung von Verhaltens-, sensorischen und kognitiven Funktionen”, sagte Snyder-Mackler.

Das Team umfasst wichtige Mitarbeiter 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 Natur Neurologie (DOI: 10.1038/s41593-022-01197-0) und finanziert durch das National Institute on Aging, das National Institute of Mental Health, die National Science Foundation und das National Institutes of Health Office of Research Infrastructure Programs.

„Diese Studie baut auf mehr als 15 Jahren Arbeit unseres Teams auf, das die Wechselwirkungen zwischen Sozialverhalten, Genetik und dem Gehirn von Cayo-Makaken untersucht hat“, sagte Michael Platt, Professor an der Perelman School of Medicine, School of Arts and Sciences der Universität. und der Wharton Business School in Pennsylvania. “Die Ergebnisse 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, um wichtige multidisziplinäre Entdeckungen in naturnahen Tierpopulationen zu ermöglichen.“

Das soziale Umfeld und die Biologie des Alterns

Ein breites Thema des Snyder-Mackler-Labors ist die Untersuchung der Grundursachen und Folgen von Variationen im sozialen Umfeld, die auf Skalen von kleinen 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 erforschen. Können soziale oder ökologische Benachteiligungen das Altern auf molekularer Ebene nachahmen? Die Antwort ist ein klares Ja. Das Team von Snyder-Mackler hat kürzlich (10.1073/pnas.2121663119) eine der ersten Studien veröffentlicht, die zeigt, dass Menschen, die eine Naturkatastrophe, insbesondere einen Hurrikan, überleben, ein molekular älteres Immunsystem haben.

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 die Verbindungen zwischen sozialem Status und der inneren Funktionsweise des Gehirns herzustellen, führte das Team zwei zusätzliche Studien durch: 1) Generierung umfassender Genexpressionsdatensätze aus 15 verschiedenen Gehirnregionen und 2) Fokussierung auf eine Region in einem einzigen Moment . zellulärer Ebene (in diesem Fall eine detaillierte Analyse innerhalb einer einzelnen Gehirnregion, dem dorsolateralen präfrontalen Kortex (dlPFC), einer Gehirnregion, die lange mit Gedächtnis, Planung und Entscheidungsfindung in Verbindung gebracht wurde. Diese Arbeit wurde durch detaillierte Verhaltensbeobachtungen und Datenerfassung ergänzt an 36 untersuchten Tieren (20 Weibchen und 16 Männchen).

Entstehende Muster

Als sie jede Gehirnregion in der Stichprobe nach Alter gruppierten, stachen 8 verschiedene Gengruppen heraus. Zu den interessantesten gehörten diejenigen, die an Stoffwechselprozessen, Zellsignalisierung sowie Immun- und Stressreaktionen beteiligt sind.

„Letztendlich haben wir Tausende von Genen identifiziert, die altersbedingte Unterschiede in den Expressionsmustern zeigen, darunter ungefähr 1.000, die im gesamten Gehirn sehr konsistente Muster zeigten“, sagte Chiu.

Dann drehten sie ihre Analyse, um den präfrontalen Kortexbereich des Gehirns auf Einzelzellebene zu vergrößern.

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

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

Sie zeigten auch starke Parallelen zwischen Makaken und menschlichen Genexpressionssignaturen des Alters. Einige dieser Variationen sind spezifisch für Regionen, die mit degenerativen neurologischen Erkrankungen assoziiert sind, während andere konservierte altersbedingte neurologische Muster im gesamten Gehirn widerspiegeln.

Verglichen mit Gehirndaten von Mäusen und Menschen sind die Signalwege, die die größten Ähnlichkeiten in der altersbedingten Variation zwischen den Regionen aufweisen, zentral für die Kommunikation der Gehirnzellen (chemische synaptische Übertragung, die von fünf Regionen geteilt wird), das Gehirnwachstum (Herunterregulierung der Neurogenese, die von drei Regionen geteilt wird). ) und ein wichtiges regulatorisches Gen im Gehirn für Zellwachstum und Zelltod (heraufreguliert durch den proinflammatorischen Zytokin-Tumor-Nekrose-Faktor, der in drei Regionen geteilt wird).

Aber nicht alle Ergebnisse finden 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 wesentlichen Unterschiede zwischen den Auswirkungen des Alters bei Makaken und Menschen könnten helfen, die einzigartigen Mechanismen zu erklären, die einigen neurodegenerativen Erkrankungen des Menschen zugrunde liegen.

Unter den biochemischen Stoffwechselwegen, die die größten Altersunterschiede zwischen den Regionen aufwiesen, waren Energiepfade (Elektronentransportkette/oxidative Phosphorylierung in vier Regionen gefunden). Interessanterweise sind 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 assoziiert.

„Dies deutet darauf hin, dass sich die Wege der Neurodegeneration beim Menschen zwar in einigen Regionen von denen der Makaken in ihren Altersprofilen unterscheiden, sie sich aber dennoch stark mit sozialen Widrigkeiten überschneiden, was parallel zu den epidemiologischen Verbindungen beim Menschen zwischen sozialen Widrigkeiten und neurodegenerativen Erkrankungen verläuft“, sagte De Cassien .

Das Altern ist mit einer Veränderung des sozialen Umfelds verbunden

Anschließend wendete das Team seine Daten auf die sozialen Aspekte des Alterns bei Makaken an, die mehrere einzigartige Merkmale aufweisen. Bei weiblichen Makaken wird der Dominanzrang (analog zum sozialen Status der Affen) von ihrer Mutter geerbt und bleibt größtenteils ihr ganzes Leben lang stabil. Dies unterscheidet sich stark von dem Muster, das bei männlichen Makaken zu finden ist, die ihre Gruppen verlassen, wenn sie älter werden, 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 bei Menschen und anderen sozialen Spezies deuten darauf hin, dass die altersbedingte Variabilität des Risikos, des Ausbruchs und des Fortschreitens von Krankheiten teilweise durch Unterschiede in der sozialen Benachteiligung 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 ähneln den Genexpressionssignaturen des Alterns beim Menschen.”

Als nächstes wollten sie feststellen, ob soziales Leid mit molekularen Alterssignaturen im Makakengehirn in Verbindung gebracht werden könnte. Das haben sie gefundendie Wirkung des Ranges auf die Genexpression war insb angetrieben durch jüngere molekulare Profile bei hochrangigen Frauen, was darauf hindeutet, dass Assoziationen zwischen höherem Rang und jüngerem Gehirnalter nicht linear entlang der sozialen Hierarchie ausgedrückt werden, sondern stattdessen spezifisch für die ranghöchsten Frauen sind. Ein hoher sozialer Status kann mehrere Vorteile bieten, darunter einen besseren Zugang zu Ressourcen, ein besser vorhersehbares Umfeld und weniger Belästigung durch Teamkollegen.

„Unsere Ergebnisse liefern einige der ersten Beweise für molekulare Parallelen zwischen Alterung und sozialen Widrigkeiten im Gehirn – sie liefern einen Schlüsselmechanismus, der ungünstige (oder umgekehrt vorteilhafte) Umgebungen mit dem früheren Beginn und schnelleren Fortschreiten von altersbedingtem Rückgang und Krankheit des Gehirns verbindet “, sagte de Cassien.

Abschließende Gedanken

Diese Atlanten und Ergebnisse werden nun wertvolle Ziele für zukünftige Studien in einem handhabbaren, klinisch relevanten Modell der menschlichen Gesundheit und des Alterns liefern.

Diese Beziehungen haben möglicherweise eine kausale Erklärung; Chronischer Stress durch soziale Benachteiligung beschleunigt beispielsweise das Altern, indem er chronische Entzündungen durch ein geschwächtes Immunsystem fördert. 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 soziale Leben von Menschen und anderen Tieren, die in Gruppen leben, unaufhaltsam mit dem Rest ihrer Biologie verflochten ist“, sagt Lauren Brent, außerordentliche Professorin für Tierpsychologie und Verhalten an der Universität von 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 Erkenntnisse aus dieser Studie auf dem Weg zu diesem Ziel. „Zusammengenommen stellen unsere Ergebnisse eine reichhaltige molekulare Ressource dar, die altersbedingte molekulare Veränderungen im Gehirn katalogisiert – in einem nichtmenschlichen Primatenmodell, das in einer komplexen sozialen und natürlichen Umgebung lebt“, sagte Snyder-Mackler. „Wir hoffen, dass sie neue Erkenntnisse darüber liefern, wie wir alle ein längeres, gesünderes und glücklicheres Leben führen können.“

Quelle:

Zeitschriftenreferenz:

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

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