Şeker ve Beyin Yaşlanması Arasındaki Bağlantı Çözüldü mü?
Yaşlanma beynin koruyucu şeker kalkanını tüketerek savunmayı zayıflatır ve bilişsel gerilemeyi körükler, ancak temel şekerlerin geri kazanılması bu etkileri tersine çevirebilir.
Ya beyin yaşlanması bulmacasının kritik bir parçası gözlerden uzakta saklanıyorsa? Sinirbilim geleneksel olarak proteinlere ve DNA’ya odaklanırken, Stanford araştırmacılarından oluşan bir ekip odaklarını şekerlere, özellikle de hücrelerimizi zincir posta gibi kaplayan karmaşık şeker zincirlerine kaydırmaya cesaret etti.
Araştırmaları, beynin ön cephe hücrelerindeki bu şekerli zırhtaki değişikliklerin bilişsel gerilemeyi ve Alzheimer gibi hastalıkları anlamak için nasıl çok önemli olabileceğini ortaya çıkardı.
Hücre yüzeyi şekerleri ve bunların biyolojik rolleri üzerine çığır açan araştırmaları bu disiplinler arası çalışmanın temelini oluşturan Nobel ödüllü kimya profesörü ve Sarafan ChEM-H Baker Aile Direktörü Carolyn Bertozzi, “Bu yeni bir gezegene inmek gibi bir şey” diyor. “İlk kez dışarı çıkıyoruz ve orada ne olduğunu anlamaya çalışıyoruz.”
Bu keşfin merkezinde, doktora araştırması Bertozzi ile nöroloji ve nörolojik bilimler profesörü ve Wu Tsai Sinir Bilimleri Enstitüsü’nde Phil ve Penny Knight Beyin Direnci Girişimi Direktörü olan sinirbilimci Tony Wyss-Coray’in laboratuvarları arasında köprü kuran Stanford Bio-X Yüksek Lisans Öğrencisi Sophia Shi yer alıyor.
Shi, yaşlanan fareler üzerinde yaptığı bir çalışmada, kan-beyin bariyerini oluşturan hücreler üzerindeki glikokaliks adı verilen şekerli kaplamada yaşa bağlı çarpıcı değişiklikler olduğunu ortaya çıkardı; bu yapı, temel besin maddelerine izin verirken zararlı maddeleri filtreleyerek beyni koruyor.
“Glikokaliks bir orman gibidir,” diye açıklıyor Shi. “Genç ve sağlıklı beyinlerde bu orman gür ve gelişkindir. Ancak yaşlı beyinlerde seyrekleşir, düzensizleşir ve bozulur.”
Shi, glikokaliksteki bu yaşa bağlı değişikliklerin kan-beyin bariyerini zayıflattığını buldu. Bariyer yaşla birlikte sızdırmaya başladıkça, zararlı moleküller beyne sızarak potansiyel olarak iltihaplanmayı, bilişsel gerilemeyi ve nörodejeneratif hastalıkları körükleyebilir.
D.H. Chen Nöroloji Profesörü Wyss-Coray, “Bu çalışma, yaşlanan beynin direncini nasıl kaybettiğine dair yeni bir araştırma alanının temelini oluşturuyor” diyor.
Kan-beyin bariyerinde gerileme ve dayanıklılık
Wyss-Coray’in laboratuvarı yaşlanmanın kan-beyin bariyerini nasıl etkilediğini kapsamlı bir şekilde incelemiş olsa da, Shi’nin projesi, yaşın şekerli zırhı olan glikokaliksi nasıl etkilediğini araştıran ilk proje oldu. Sonuçlar çarpıcıydı: Yaşlı farelerde, glikokaliksin önemli bir bileşeni olan müsin adı verilen şişkin fırça şeklindeki şeker kaplı proteinler önemli ölçüde azaldı. Glikokaliksin bu şekilde incelmesi, kan-beyin bariyerinin geçirgenliğinin artması ve nöroinflamasyonun yükselmesiyle ilişkiliydi.
Ekip, bu kritik müsinleri yaşlı farelere yeniden vererek daha “genç” bir glikokaliks oluşturduğunda, kan-beyin bariyerinin bütünlüğünü iyileştirdi, nöroinflamasyonu azalttı ve bilişsel işlevi ölçülebilir şekilde geliştirdi.
Shi, “Glikanları modüle etmenin beyin üzerinde büyük bir etkisi vardır – hem yaşlanmada bu şekerler kaybolduğunda olumsuz hem de geri yüklendiklerinde olumlu” diyor. “Bu, beyin yaşlanmasını ve ilgili hastalıkları tedavi etmek için tamamen yeni bir yol açıyor.”
Bertozzi keşfin öneminin altını çiziyor: “Biyoloji genellikle doğru yere bakmakla ilgilidir. Glikokaliksteki bu büyük yapısal değişiklik gözlerden uzakta saklanıyordu çünkü daha önce kimse ona bakmayı düşünmemişti ya da bunu yapacak araçlara sahip değildi.”
Shi’nin çalışması yeni soruları da gündeme getiriyor. Glikokaliks geleneksel olarak zararlı maddelerin hücrelere girmesini engelleyen pasif bir bariyer olarak görülürken, içerdiği şekerler beyinde ve beynin yaşlanmasında daha aktif bir rol oynuyor olabilir.
Bertozzi, bilim insanlarının biyolojik süreçlerin nasıl hassas bir şekilde kontrol edildiğini anlamak için genellikle nükleik asitlere ve proteinlere baktıklarını, ancak şeker moleküllerinin oynadığı rolleri gözden kaçırıyor olabileceklerini açıklıyor. “Glikoz, biyolojik sistemlerin olağanüstü ince ayar yapmasına olanak tanıyan bir karmaşıklık katmanı ekliyor.” Bu durum özellikle birçok şeker molekülünün benzersiz bir şekilde ifade edildiği beyinde geçerlidir. Yine de, şimdiye kadar, beyin yaşlanması ve hastalıklarındaki rolleri büyük ölçüde keşfedilmemişti, diye ekliyor.
Shi’nin kimya ve biyoloji alanlarındaki çifte uzmanlığı, her iki laboratuvarın da tek başına çözemeyeceği bir sorunun üstesinden gelmesini sağladı. Bu çalışma aynı zamanda Stanford ChEM-H / Nörobilimler Araştırma Kompleksini paylaşan iki disiplinlerarası enstitüyü bir araya getirdi: Sarafan ChEM-H ve Wu Tsai Nörobilimler Enstitüsü’ndeki Beyin Direnci için Knight Girişimi.
Beynin şeker kalkanı ve hastalıklar
Glikokaliks hakkında pek çok soru var – yaşla birlikte azalmasına ne sebep oluyor ve insanlarda da benzer değişiklikler meydana geliyor mu? Bertozzi, “İnsan beyinlerini incelemek zor” diyor ve ekliyor: “Ancak insanlarda da benzer mekanizmaların işleyip işlemediğini anlamak, bu keşifleri tedaviye dönüştürmek için çok önemli olacaktır.”
Çalışma ayrıca Shi’nin özel ilgi alanı olan Alzheimer gibi nörodejeneratif hastalıklarla mücadele etmek için yeni fırsatlar sunuyor. Ekip, glikokaliks değişikliklerinin arkasındaki moleküler yolları tanımlayarak, hastalığın ilerlemesini yavaşlatabilecek ve hatta tersine çevirebilecek terapötik hedefleri ortaya çıkarmayı umuyor. Yakında Harvard’daki Rowland Enstitüsü’nde kendi laboratuvarını kuracak olan Shi, glikanların nörodejenerasyondaki rollerini daha iyi anlamak ve yeni tedaviler geliştirme potansiyellerini keşfetmek için bu araştırmayı genişletmeyi planlıyor.
Bulgular, yaşlanma ve nörodejenerasyonun ötesinde, ilaçların beyne etkili bir şekilde ulaştırılması açısından da önemli sonuçlar doğuruyor. Kan-beyin bariyerini aşmak oldukça zordur ve bu da birçok nörolojik hastalığın tedavisini zorlaştırmaktadır. Bilim insanları glikokaliksin rolünü anlayarak, ilaçları beyne ulaştırmanın daha iyi yollarını keşfedebilir ve multipl sklerozdan beyin kanserine kadar çeşitli durumlar için umut verebilir.
Şimdilik bu çalışma yeni bir alana atılan ilk adımı temsil ediyor. Shi’nin de belirttiği gibi, “Beyin yaşlanması ve nörodejenerasyonda glikokaliksin sırlarını ortaya çıkarmak ve beyin sağlığını iyileştirmek için potansiyelini nasıl kullanabileceğimizi keşfetmek için heyecanlıyım.”
Kaynak: https://scitechdaily.com
Beyin Yaşlanmasının Şifresi: Annenizin Genleri Etkili Olabilir