Aivojen ikääntyminen voi johtua proteiinin tuotannon häiriintymisestä

 

Kuva: http://www.biomedcentral.com/1755-7682/3/24, CC BY 3.0.

Joel Kontinen

Voiko proteiinin tuotanto vaikuttaa vanhenemiseen? Proteiinin väheneminen saattaa vaikuttaa aivojen rappeutumiseen.

”Löytö, että aivojen ikääntymistä voivat edistää jumiutuneet proteiinitehtaat voisi johtaa parempiin tapoihin auttaa meitä pysymään terävinä vanhetessamme.

Olemme saattaneet löytää solujen ikääntymisen perustavanlaatuisen syyn, joka on monien muiden solujen ikääntymisprosessien taustalla.

Makean veden Killifish-nimisten kalojen, aivojen tutkimus on osoittanut, että ikääntyessään solujen proteiinia tuottavat tehtaat alkavat jumiutua ja samalla valmistaa keskeistä proteiiniluokkaa, mikä aiheuttaa noidankehän rappeutumisessa.

Löytö voisi johtaa uusiin tapoihin torjua aivojen ikääntymistä, sanoo Alessandro Cellerino Leibniz-instituutista Saksasta. "Puhumme enimmäkseen kognitiivisten toimintojen parantamisesta tai kognitiivisen rappeutumisen estämisestä pikemminkin kuin eliniän pidentämisestä", hän sanoo.

Proteiinien valmistusreseptit tallennetaan solujemme DNA:han. Kun proteiinia tarvitaan, näiden reseptien kopiot transkriptoidaan eräänlaiseksi molekyyliksi, jota kutsutaan mRNA:ksi.

mRNA-kopioita muokataan eli silmukoidaan ja lähetetään proteiineja tuottaviin tehtaisiin, joita kutsutaan ribosomeiksi. Nämä tehtaat sitoutuvat mRNA-molekyyleihin ja liikkuvat niitä pitkin lukemalla kolmikirjaimiset kodonit ja kääntämällä ne aminohapposarjaksi, joka muodostaa proteiinin.

Normaalisti mitä enemmän mRNA-kopioita on, sitä enemmän proteiinia tuotetaan. Yhä useammat tutkimukset ovat kuitenkin osoittaneet, että ihmissolujen ikääntyessä tämä korrelaatio häiriintyy, joten proteiinin tuotanto voi vähentyä, vaikka mRNA:n määrä ei vähene.

Cellerino ja hänen tiiminsä ovat nyt saattaneet selvittää, miksi näin tapahtuu, tutkimalla ribosomeja tappajakalan aivoissa niiden ikääntyessä. Tutkijat käyttivät tekniikkaa, jonka avulla he pystyivät ottamaan tilannekuvan siitä, kuinka pitkälle kukin ribosomi oli liikkunut sitoutuneen mRNA:n mukana.

He havaitsivat, että tappajakalan aivojen ikääntyessä aminohappoja arginiini ja lysiini määrittäviin kodoneihin oli sitoutuneena paljon enemmän ribosomeja kuin sattumalta voisi odottaa. Tämä tarkoittaa, että ribosomit pysähtyvät näiden kodonien kohdalla ja pysäyttävät tuotannon ennen kuin proteiini on valmis. Sekä arginiini että lysiini ovat positiivisesti varautuneita aminohappoja, joita on runsaasti proteiineissa, jotka sitoutuvat DNA:han tai RNA:han, jotka molemmat ovat negatiivisesti varautuneita. Tämä tarkoittaa, että pysähtyminen vaikuttaa todennäköisimmin juuri näihin DNA:han ja RNA:han sitoutuviin proteiineihin.

Tämä on ongelma, koska näillä proteiineilla on keskeisiä toimintoja, kuten RNA:n valmistus, RNA:n silmukointi, DNA-vaurioiden korjaaminen ja niin edelleen.

"Tiedetään, että ikääntymisen myötä DNA vaurioituu, RNA:n tuotanto vähenee, silmukointi vähenee ja proteiinien tuotanto vähenee", Cellerino sanoo. "Ehdotamme, että tämä ribosomien pysähtymisen ilmiö yhdistää kaikki nämä ikääntymisen eri tunnusmerkit."

Lisäksi ribosomit itse sisältävät RNA:han sitoutuvia proteiineja, hän sanoo. "Joten on olemassa tämä noidankehä, jossa ribosomiproteiineja koodaavat mRNA:t pysähtyvät, mikä johtaa ribosomien tuotannon vähenemiseen ja sitä kautta proteiinisynteesin vähenemiseen."

Suuri kysymys on nyt, tapahtuuko ribosomien pysähtymistä ihmisen aivoissa. Aiemmin tänä vuonna Gene Yeo Kalifornian yliopistosta San Diegosta osoitti, että RNA:ta sitovat proteiinit vähenevät ihmisen hermosoluissa ikääntyessä. Tässä määrin hänen havaintonsa ovat yhdenmukaisia Celerinon kanssa, hän sanoo, mutta syy ei ole vielä selvä. "Selvitämme, miksi RNA:ta sitovat proteiinit muuttuvat."

Jos havainnot pätevät ihmisiin, se voi johtaa uusiin hoitoihin ikään liittyviin aivosairauksiin. Killifish-kaloilla ribosomien pysähtyminen laukaisee myös hälytyssignaalin, joka tuottaa tulehdusvasteen. "Tämän reitin jatkuva aktivoituminen aiheuttaa kroonista tulehdusta", Cellerino sanoo. "Krooninen tulehdus on erittäin tärkeä tekijä ikääntymisessä, erityisesti aivoissa."

On olemassa kokeellisia lääkkeitä, jotka voivat estää tämän signalointireitin ja voivat siten auttaa torjumaan tällaisia sairauksia, Cellerino sanoo.

"Mutta eliniän osalta on liian aikaista sanoa oikeastaan mitään", hän sanoo. Tämä johtuu siitä, että syytä, miksi ribosomit alkavat pysähtyä tiettyjen aminohappojen kohdalla, ei vielä ymmärretä, eikä ole myöskään selvää, tapahtuuko sama pysähtymisprosessi kaikissa elimissä."

Lähde:

Michael Le Page 2025 Ageing in the brain may be caused by a breakdown in protein production | New Scientist 31.7.