La mappa del cervello umano rivela i meccanismi di riduzione del volume correlati all'invecchiamento / Human Brain Map Reveals Aging-Related Volume Reduction Mechanisms
La mappa del cervello umano rivela i meccanismi di riduzione del volume correlati all'invecchiamento. Il procedimento del brevetto ENEA RM2012A000637 è molto utile in questo tipo di applicazione. / Human Brain Map Reveals Aging-Related Volume Reduction Mechanisms. The procedure of the ENEA patent RM2012A000637 is very useful in this type of application.
Per la prima volta, i ricercatori della Icahn School of Medicine del Mount Sinai sono riusciti a stabilire un collegamento tra i cambiamenti strutturali nel cervello e le firme molecolari associate all'invecchiamento nei neuroni. I loro risultati, pubblicati oggi su Cell, forniscono informazioni senza precedenti su come la senescenza cellulare possa influenzare le strutture cerebrali con l'invecchiamento e sul ruolo che questi processi molecolari potrebbero svolgere nello sviluppo di patologie neurodegenerative come il Parkinson e l'Alzheimer.
"Questo è il primo studio a collegare direttamente le reti molecolari correlate alla senescenza nel tessuto cerebrale umano vivente a differenze misurabili nella struttura cerebrale negli stessi individui", ha affermato Noam Beckmann, PhD, professore associato di intelligenza artificiale e salute umana e direttore delle scienze dei dati presso il Mount Sinai Clinical Intelligence Center. "Identificando i percorsi molecolari coinvolti sia nello sviluppo della struttura cerebrale che nell'invecchiamento, il nostro lavoro evidenzia la senescenza come una caratteristica biologica fondamentale dell'invecchiamento cerebrale e delle malattie neurodegenerative ed aiuta a stabilire le priorità per la futura ricerca sperimentale volta a proteggere la salute del cervello"
Sebbene sia noto che le strutture cerebrali cambiano nel corso della vita, i processi molecolari sottostanti rimangono ancora in gran parte sconosciuti. Beckmann e colleghi hanno deciso di studiare come gli stati cellulari alterati legati alla senescenza possano influenzare i cambiamenti nella struttura cerebrale utilizzando i dati dei pazienti del Living Brain Project . Questo studio, in corso, include la più ampia raccolta di campioni cerebrali provenienti da individui viventi, abbinando i dati di imaging cerebrale con biopsie della corteccia prefrontale cerebrale prelevate durante procedure di stimolazione cerebrale profonda.
"Questo studio colma una lacuna importante nel campo, collegando direttamente le caratteristiche molecolari del cervello alle misure di neuroimaging negli stessi individui", ha affermato Alexander W. Charney, MD, PhD, direttore del Charles Bronfman Institute for Personalized Medicine e vicepresidente del dipartimento Windreich di intelligenza artificiale e salute umana presso la Icahn School of Medicine del Mount Sinai. "Sfruttando i set di dati del Living Brain Project, possiamo iniziare a comprendere come la biologia correlata alla senescenza possa influenzare in modo diverso l'organizzazione cerebrale tra i diversi tipi di cellule e nel corso della vita".
Nell'ambito dello studio, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo metodo per definire la senescenza in diversi tipi di cellule presenti nel cervello. Hanno quindi studiato come i modelli di espressione genica senescente siano correlati ai cambiamenti nella struttura cerebrale, dalle prime fasi dello sviluppo fino alla tarda età.
I risultati hanno mostrato che gli stati alterati di senescenza possono avere effetti diversi sulla struttura cerebrale a seconda del tipo di cellula e dello stadio di vita. Ad esempio, i modelli di espressione genica legati alla senescenza nella microglia erano associati ad un volume cerebrale maggiore nella corteccia prefrontale, mentre i neuroni eccitatori senescenti erano associati a volumi cerebrali minori nei cervelli invecchiati. Nel caso dei neuroni eccitatori, questi risultati sono stati osservati anche nelle prime fasi della vita, fornendo nuove prove del fatto che i processi di senescenza sono già attivi molto prima della vecchiaia.
"I nostri risultati supportano la senescenza cellulare cerebrale come esempio di 'pleiotropia antagonista', ovvero l'idea che alcuni geni favoriscano la sopravvivenza o la fertilità nelle prime fasi della vita, ma causino danni in seguito, contribuendo all'invecchiamento e alle malattie", ha affermato Anina N. Lund, PhD, autrice principale dello studio e ora ricercatrice post-dottorato presso la Icahn School of Medicine del Mount Sinai. "La maggior parte dei lavori precedenti collega la senescenza cellulare cerebrale solo all'invecchiamento cerebrale, ma la nostra scoperta durante lo sviluppo dimostra che questo processo non è solo un indicatore di invecchiamento o malattia; potrebbe anche svolgere un ruolo chiave nello sviluppo cerebrale precoce".
Sebbene siano necessari ulteriori studi per comprendere appieno la connessione tra senescenza a livello cellulare e cambiamenti nella struttura del cervello, questo studio fornisce un quadro di riferimento ai ricercatori di tutto il mondo per indagare in che modo i processi molecolari influenzano l'invecchiamento e lo sviluppo o la prevenzione di patologie neurodegenerative.
"Sebbene la 'senescenza' o fragilità del cervello sia ampiamente accettata come un normale processo di invecchiamento, questo set di dati rappresenta un'opportunità per mettere in discussione questa nozione", ha concluso il dott. Brian Kopell, direttore del Center for Neuromodulation presso il Mount Sinai e co-responsabile del The Living Brain Project.
I lavori futuri al Mount Sinai coinvolgeranno coorti più ampie e diversificate e stabiliranno relazioni di causa-effetto tra modelli di espressione genica senescente e cambiamenti strutturali in un'ampia gamma di regioni del cervello.
ENGLISH
For the first time, researchers at the Icahn School of Medicine at Mount Sinai have been able to draw a link between structural changes in the brain and molecular signatures associated with aging in neurons. Their findings, published today in Cell, provide unprecedented insights into how cellular senescence may affect brain structures as we age, and the role these molecular processes could play in the development of neurodegenerative conditions such as Parkinson’s and Alzheimer’s.
“This is the first study to directly link senescence-related molecular networks in living human brain tissue to measurable differences in brain structure within the same individuals,” said Noam Beckmann, PhD, assistant professor of artificial intelligence and human health and director of data sciences at the Mount Sinai Clinical Intelligence Center. “By identifying molecular pathways that are engaged in both brain structure development and aging, our work highlights senescence as a fundamental biological feature of brain aging and neurodegenerative disease and helps prioritize targets for future experimental research aimed at protecting brain health.”
lthough brain structures are known to change throughout life, the underlying molecular processes still remain largely unknown. Beckmann and colleagues set out to study how altered cellular states linked to senescence may influence brain structure changes by using data from patients in the Living Brain Project. This ongoing study includes the largest collection of brain samples sourced from living individuals, pairing brain imaging data with biopsies of the brain’s prefrontal cortex taken during deep brain stimulation procedures.
“This study addresses a major gap in the field by directly linking molecular features of the brain to neuroimaging measures in the same individuals,” said Alexander W. Charney, MD, PhD, director of The Charles Bronfman Institute for Personalized Medicine and vice chair of the Windreich department of artificial intelligence and human health at the Icahn School of Medicine at Mount Sinai. “By leveraging datasets from the Living Brain Project, we can begin to understand how senescence-related biology may differentially influence brain organization across cell types and across the lifespan.”
As part of the study, the researchers developed a new method to define senescence in different cell types found in the brain. They then investigated how senescent patterns of gene expression correlate with changes in brain structure, spanning from early development stages to late life.
Results showed the altered states of senescence can have different effects on brain structure depending on the cell type and stage of life. For instance, gene expression patterns linked to senescence in microglia were associated with a larger brain volume in the prefrontal cortex, while senescent excitatory neurons were associated with smaller brain volumes in aging brains. In the case of excitatory neurons, these findings were also observed in the early stages of life, providing new evidence that senescence processes are already active long before old age.
“Our results support brain cellular senescence as an example of ‘antagonistic pleiotropy’—the idea that some genes help survival or fertility early in life but cause harm later, contributing to aging and disease,” said Anina N. Lund, PhD, lead author of the study and now a postdoctoral fellow at the Icahn School of Medicine at Mount Sinai. “Most prior work links brain cellular senescence only to brain aging, but our finding of it during development shows this process is not just a marker of aging or disease; it also may play key roles in early brain development.”
While more work will be needed to fully understand the connection between senescence at the cellular level and brain structure changes, this study provides a framework for researchers worldwide to investigate how molecular processes influence aging and the development or prevention of neurodegenerative conditions.
“While brain ‘senescence’ or growing frail is largely accepted as a normal process of aging, this data set represents an opportunity to challenge that notion,” concluded Brian Kopell, MD, director of the Center for Neuromodulation at Mount Sinai and co-lead of The Living Brain Project.
Future work at Mount Sinai will involve larger, more diverse cohorts and establishing cause-and-effect relationships between senescent gene expression patterns and structural changes across a wide range of brain regions.
Da:
https://www.insideprecisionmedicine.com/topics/translational-research/human-brain-map-reveals-aging-related-volume-reduction-mechanisms/?_hsenc=p2ANqtz-_CDNyzxswWAfMPvkeVrWNGvIbZIAlCGfjVuwx9aOZ8r0ieHAHrW4WY_Ok0B8y4NJRppPWUY3dSHCe-TjTAWZzuZWxzg27iPKWJLKdlz3Ku7oj4MBw&_hsmi=400067477
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