Cellular Aging Is Accompanied by Changes in Our Brain Structure / L'invecchiamento cellulare è accompagnato da cambiamenti nella nostra struttura del cervello
Cellular Aging Is Accompanied by Changes in Our Brain Structure / L'invecchiamento cellulare è accompagnato da cambiamenti nella nostra struttura del cervello
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
To determine the role of telomere length on brain structure scientists measured their length with the DNA of leukocytes from the blood using a polymerase chain reaction. Additionally, they calculated the thickness of the cerebral cortex with MRI scans of study participants. / Per determinare il ruolo della lunghezza dei telomeri sulla struttura del cervello, gli scienziati hanno misurato la loro lunghezza con il DNA dei leucociti dal sangue usando una reazione a catena della polimerasi. Inoltre, hanno calcolato lo spessore della corteccia cerebrale con scansioni MRI dei partecipanti allo studio. Credit: © MPI CBS
Telomeres are protective caps at the ends of chromosomes that become shorter with each cell division. If they become so short that the genes they protect could be damaged, the cell stops dividing and renewing. Consequently, the cell is increasingly unable to perform its functions. This mechanism is one of the ways in which we age.
Telomere length is therefore regarded as a marker for the biological age of a person — in contrast to their chronological age. For two people of the same chronological age, the person with shorter telomeres has an increased risk of developing age-related diseases such as Alzheimer's or cancer, and even a shorter life expectancy.
Telomere length is therefore regarded as a marker for the biological age of a person — in contrast to their chronological age. For two people of the same chronological age, the person with shorter telomeres has an increased risk of developing age-related diseases such as Alzheimer's or cancer, and even a shorter life expectancy.
Telomere lengthening?
One key to staying younger longer therefore seems to be related to the question: How do we slow down, stop, or even reverse the shortening of telomeres? Genetics and unhealthy lifestyle are important contributors to telomere shortening, along with psychological stress. Based on this knowledge, researchers have examined how much lifestyle can influence telomere length. Recent studies suggest that telomeres can change faster than previously thought, possibly taking just one to six months of mental or physical training to elongate. The exciting premise is that telomere lengthening may represent a reversal of biological aging processes. However, it remains unclear if telomere elongation actually reflects any improvement in a person’s overall health and aging trajectory.
"To explore whether a short-term change in telomere length, after only a few months, might actually be associated with changes in a person's biological age, we linked it to another biomarker of aging and health: brain structure," explains Lara Puhlmann, now a member of the Research Group 'Social Stress and Family Health' led by Veronika Engert at the Leipzig Max Planck Institute. The project had been initiated by Tania Singer as part of the ReSource Project.
Participants of the researchers’ study underwent four MRI examinations, each spaced three months apart, and provided blood samples on the same dates. Using the DNA of leukocytes from the blood, the scientists were able to determine telomere length using a polymerase chain reaction. The MRI scans were used to calculate the thickness of the cerebral cortex of each participant. This outer layer of grey matter becomes thinner with age. It is also known that some neurological and age-related diseases are associated with faster cortical thinning in certain brain regions.
"To explore whether a short-term change in telomere length, after only a few months, might actually be associated with changes in a person's biological age, we linked it to another biomarker of aging and health: brain structure," explains Lara Puhlmann, now a member of the Research Group 'Social Stress and Family Health' led by Veronika Engert at the Leipzig Max Planck Institute. The project had been initiated by Tania Singer as part of the ReSource Project.
Participants of the researchers’ study underwent four MRI examinations, each spaced three months apart, and provided blood samples on the same dates. Using the DNA of leukocytes from the blood, the scientists were able to determine telomere length using a polymerase chain reaction. The MRI scans were used to calculate the thickness of the cerebral cortex of each participant. This outer layer of grey matter becomes thinner with age. It is also known that some neurological and age-related diseases are associated with faster cortical thinning in certain brain regions.
Fast changes in biological aging
The result: "Across systems, our biological aging appears to change more quickly than we thought. Indices of aging can vary together significantly in just three months," says Puhlmann. If the telomeres changed in length, this was associated with structural changes in the brain. In a period when participants’ telomeres lengthened during the study, it was also more likely that their cortex had thickened at the same time. On the other hand, telomere shortening was associated with reductions of grey matter. This association occurred specifically in a brain region called the precuneus, which is a central metabolic and connectional hub.
The above results suggest that even short-term changes in telomere length over just three months might reflect general fluctuations in the body’s health- and aging status. Many other questions, however, remain open. "We do not know, for example, which biological mechanism underlies the short-term changes in telomere length”, explains the scientist, “or whether the short-term changes really have a longer-term effect on health.”
The above results suggest that even short-term changes in telomere length over just three months might reflect general fluctuations in the body’s health- and aging status. Many other questions, however, remain open. "We do not know, for example, which biological mechanism underlies the short-term changes in telomere length”, explains the scientist, “or whether the short-term changes really have a longer-term effect on health.”
Mental training
At the same time, the team of researchers investigated whether telomere length could be altered by nine months of mindfulness- and empathy-based mental training, and whether such systematic change in telomere length would also be reflected in cortical thickening or thinning. Previous data from the ReSource Project, which was supported by the European Research Council (ERC), had already shown that certain regions of the cortex can be thickened by training, depending on the respective mental training contents of three distinct modules, each lasting for three months. The physiological stress response could also be reduced by mental training with social aspects.
In contrast to their earlier work and previous findings from other groups, the team did not find any training effects on telomeres. Future studies will need to continue to address the question of which measures or behaviors most effectively stop or even reverse telomere shortening, and the biological aging process.
In contrast to their earlier work and previous findings from other groups, the team did not find any training effects on telomeres. Future studies will need to continue to address the question of which measures or behaviors most effectively stop or even reverse telomere shortening, and the biological aging process.
ITALIANO
I telomeri sono cappucci protettivi alle estremità dei cromosomi che si accorciano con ogni divisione cellulare. Se diventano così brevi da danneggiare i geni che proteggono, la cellula smette di dividersi e rinnovarsi. Di conseguenza, la cellula è sempre più incapace di svolgere le sue funzioni. Questo meccanismo è uno dei modi in cui invecchiamo.
La lunghezza dei telomeri è quindi considerata un indicatore dell'età biologica di una persona, in contrasto con la sua età cronologica. Per due persone della stessa età cronologica, la persona con telomeri più corti ha un rischio maggiore di sviluppare malattie legate all'età come il morbo di Alzheimer o il cancro, e anche un'aspettativa di vita più breve.
Allungamento dei telomeri?
Una chiave per rimanere più giovani sembra quindi essere collegata alla domanda: come rallentare, fermare o addirittura invertire l'accorciamento dei telomeri? La genetica e lo stile di vita malsano contribuiscono in modo significativo all'accorciamento dei telomeri, insieme allo stress psicologico. Sulla base di queste conoscenze, i ricercatori hanno esaminato la quantità di stile di vita che può influenzare la lunghezza dei telomeri. Studi recenti suggeriscono che i telomeri possono cambiare più velocemente di quanto si pensasse in precedenza, probabilmente allungando da uno a sei mesi di allenamento mentale o fisico. La premessa eccitante è che l'allungamento dei telomeri può rappresentare un'inversione dei processi di invecchiamento biologico. Tuttavia, non è chiaro se l'allungamento dei telomeri rifletta effettivamente qualsiasi miglioramento nella traiettoria generale della salute e dell'invecchiamento di una persona.
"Per scoprire se un cambiamento a breve termine della lunghezza dei telomeri, dopo solo pochi mesi, potrebbe effettivamente essere associato a cambiamenti nell'età biologica di una persona, l'abbiamo collegato a un altro biomarcatore di invecchiamento e salute: la struttura del cervello", spiega Lara Puhlmann, ora membro del gruppo di ricerca "Social Stress and Family Health" guidato da Veronika Engert presso il Max Planck Institute di Lipsia. Il progetto era stato avviato da Tania Singer nell'ambito del progetto ReSource.
I partecipanti allo studio dei ricercatori sono stati sottoposti a quattro esami MRI, distanziati di tre mesi ciascuno, e hanno fornito campioni di sangue nelle stesse date. Usando il DNA dei leucociti dal sangue, gli scienziati sono stati in grado di determinare la lunghezza dei telomeri usando una reazione a catena della polimerasi. Le scansioni MRI sono state utilizzate per calcolare lo spessore della corteccia cerebrale di ciascun partecipante. Questo strato esterno di materia grigia diventa più sottile con l'età. È anche noto che alcune malattie neurologiche e legate all'età sono associate a un assottigliamento corticale più veloce in alcune regioni del cervello.
Rapidi cambiamenti nell'invecchiamento biologico
Il risultato:
"Attraverso i sistemi, il nostro invecchiamento biologico sembra cambiare più rapidamente di quanto pensassimo. Gli indici di invecchiamento possono variare significativamente insieme in soli tre mesi", afferma Puhlmann. Se i telomeri cambiavano di lunghezza, questo era associato a cambiamenti strutturali nel cervello. In un periodo in cui i telomeri dei partecipanti si allungavano durante lo studio, era anche più probabile che la loro corteccia si fosse ispessita allo stesso tempo. D'altra parte, l'accorciamento dei telomeri era associato alla riduzione della materia grigia. Questa associazione si è verificata in particolare in una regione del cervello chiamata precuneus, che è un centro centrale metabolico e connettivo.
I risultati di cui sopra suggeriscono che anche cambiamenti a breve termine della lunghezza dei telomeri in soli tre mesi potrebbero riflettere fluttuazioni generali dello stato di salute e dell'invecchiamento del corpo. Molte altre domande, tuttavia, rimangono aperte. "Non sappiamo, ad esempio, quale meccanismo biologico sia alla base dei cambiamenti a breve termine della lunghezza dei telomeri", spiega lo scienziato, "o se i cambiamenti a breve termine abbiano davvero un effetto a lungo termine sulla salute".
Allenamento mentale
Allo stesso tempo, il gruppo di ricercatori ha studiato se la lunghezza dei telomeri potesse essere modificata da nove mesi di allenamento mentale basato sulla consapevolezza e sull'empatia e se tale cambiamento sistematico nella lunghezza dei telomeri si riflettesse anche nell'ispessimento o nell'assottigliamento corticale. I dati precedenti del Progetto ReSource, che era supportato dal Consiglio europeo della ricerca (CER), avevano già dimostrato che alcune regioni della corteccia possono essere ispessite attraverso l'allenamento, a seconda dei rispettivi contenuti di allenamento mentale di tre moduli distinti, ciascuno della durata di tre mesi. La risposta allo stress fisiologico potrebbe anche essere ridotta dall'allenamento mentale con aspetti sociali.
Contrariamente ai loro precedenti lavori e ai precedenti risultati di altri gruppi, il gruppo non ha riscontrato alcun effetto di allenamento sui telomeri. Gli studi futuri dovranno continuare ad affrontare la questione di quali misure o comportamenti possano fermare o addirittura invertire in modo più efficace l'accorciamento dei telomeri e il processo di invecchiamento biologico.
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