Hjärnaktivitet har roll i mänskligt åldrande och livslängd
För första gången har forskare visat att hjärnaktivitet har ett betydande inflytande på människans livslängd. I en ny studie demonstrerar de hur neural aktivitet är högre hos individer med kortare livslängd och lägre hos dem som lever längre liv.
I en nyligen Natur papper, forskare från Harvard Medical School i Boston, MA, rapporterar hur de hittade en tydlig signatur av mänsklig livslängd i generna i hjärnbarken.
Signaturen som de hittade är ett mönster av genuttryck som "kännetecknas av nedreglering av gener relaterade till neural excitation och synaptisk funktion", skriver författarna.
Neural aktivitet är att göra med mängden signalering - i form av elektriska strömmar och andra sändare - som pågår i hjärnan. För mycket neural aktivitet, eller överdriven excitation, kan uppstå på olika sätt, såsom en muskelsvängning eller humörförändring.
För studien utförde forskarna cell-, genetiska och molekylära experiment i maskar. De analyserade också möss med förändrade gener och undersökte hjärnvävnad från människor som var mer än 100 år gamla när de dog.
Dessa tester avslöjade inte bara att förändring av neural aktivitet kan påverka livslängden, men de gav också ledtrådar om de molekylära processer som kan vara inblandade.
"En spännande aspekt av våra resultat", säger seniorstudieförfattaren Bruce A. Yankner, professor i genetik och neurologi vid Harvard Medical School, "är att något så övergående som neuralt kretsloppsaktivitetstillstånd kan ha så långtgående konsekvenser för fysiologin och livslängd. ”
Molekylära påverkare av livslängd
Forskare har vetat under en tid att neural aktivitet påverkar en rad tillstånd, inklusive epilepsi och demens. Medan vissa djurstudier har pekat på en effekt på åldrandet var det dock inte klart förrän nu om detta inflytande också kan omfatta människor.
Signalering med hormonerna insulin och insulinliknande tillväxtfaktor (IGF) är redan kända som molekylära influenser av lång livslängd. Forskare tror också att detta är samma signalväg som kaloribegränsning fungerar igenom.
De nya fynden avslöjar att neural excitation också påverkar livslängden på denna insulin- och IGF-signalväg. Nyckeln ligger i en transkriptionsfaktor som heter REST.
Transkriptionsfaktorer är proteiner som slår på och av gener, det vill säga de styr genuttryck. På detta sätt kan samma sekvens av gener ha helt olika effekter i celler, beroende på vilka som är på och vilka som är avstängda.
Det beror till stor del på transkriptionsfaktorer och deras kontroll av genuttryck att cellerna hos människor och andra avancerade organismer har en så stor repertoar av genetiska reaktioner på sin miljö.
I tidigare arbete hade Prof. Yankner och hans team redan visat att REST hjälper till att skydda hjärnan från stressande effekter som skadar nervceller, som de som leder till demens.
REST undertrycker neural aktivitet
I den nya studien fann forskarna att REST också undertrycker nervaktivitet i djurmodeller som sträcker sig från maskar till däggdjur. Transkriptionsfaktorn verkar undertrycka gener som har en central roll i neural excitation.
Dessa gener kontrollerar jonkanaler, receptorer för kemiska budbärare och komponenter som utgör synapser, vilka är strukturerna som gör att celler kan skicka meddelanden till varandra.
Utredarna genomförde tester där de blockerade REST - eller motsvarande transkriptionsfaktor - i de olika djurmodellerna. Dessa tester resulterade inte bara i högre neural aktivitet utan förkortade också djurens livslängd.
Däremot hade boostande nivåer av REST motsatt effekt - det ledde till lägre neural aktivitet och längre livslängd.
Tester av celler från mänsklig hjärnvävnad efter döden avslöjade också att individer vars livslängd hade överskridit 100 år hade signifikant högre nivåer av REST i sina kärnor jämfört med dem vars livslängd hade varit 20–30 år kortare.
Effekten av lägre neural aktivitet aktiverar i sin tur en annan grupp proteiner som kallas gaffelhuvudtranskriptionsfaktorer som påverkar livslängden genom insulin- och IGF-signalvägen i många organismer.
Prof. Yankner föreslår att det kan finnas genetiska och miljömässiga faktorer bakom variationen i neural aktivitet hos människor.
Han och hans team föreslår att när de läggs till tidigare resultat om den roll som REST spelar i hjärnskadliga tillstånd som demens, bör de nya resultaten stimulera intresset för att utveckla läkemedel som riktar sig till proteinet.
Han varnar dock för att deras studie inte klargjorde om människors personlighet, tänkande eller beteende kan påverka deras livslängd.
"Ett spännande framtida forskningsområde kommer att vara att avgöra hur dessa resultat relaterar till sådana mänskliga hjärnfunktioner av högre ordning."
Prof. Bruce A. Yankner
