L'invecchiamento cerebrale è collegato a cambiamenti immunitari e genomici. / Brain Aging Linked to Immune and Genome Changes
L'invecchiamento cerebrale è collegato a cambiamenti immunitari e genomici. / Brain Aging Linked to Immune and Genome Changes
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
Uno studio a singola cellula pubblicato su Science rivela importanti cambiamenti nelle cellule immunitarie, nell'organizzazione del genoma e nella regolazione genica nell'ippocampo umano che invecchia. Questi risultati offrono spunti cruciali sull'invecchiamento cerebrale, con importanti implicazioni per le demenze legate all'età.
I ricercatori hanno scoperto che il cervello umano subisce ampi cambiamenti legati all'età nella regolazione del genoma a partire dalla mezza età, cambiamenti che potrebbero contribuire a spiegare perché l'invecchiamento è il principale fattore di rischio per le malattie neurodegenerative come l'Alzheimer.
In un nuovo studio pubblicato su Science, i ricercatori hanno utilizzato tecnologie all'avanguardia per l'analisi di singole cellule al fine di delineare il profilo di regolazione genica e l'architettura tridimensionale del genoma in singole cellule dell'ippocampo umano, la regione cerebrale fondamentale per l'apprendimento e la memoria. Esaminando campioni cerebrali prelevati nell'arco di tutta la vita adulta, il gruppo ha generato una delle visioni più complete finora ottenute su come la regolazione del genoma cambi durante l'invecchiamento cerebrale.
Uno dei risultati più sorprendenti dello studio è stato un drastico cambiamento nelle microglia, le cellule immunitarie del cervello, tra i 50 ed i 75 anni circa. Le microglia che si originano durante lo sviluppo embrionale diminuiscono sostanzialmente e vengono sostituite da cellule con caratteristiche molecolari simili alle cellule immunitarie del sangue. Questa scoperta mette in discussione la convinzione, a lungo consolidata, che le microglia che si formano durante lo sviluppo embrionale persistano per tutta la vita. Queste cellule di sostituzione, simili alle microglia, hanno mostrato elevati livelli di infiammazione, suggerendo che potrebbero contribuire alla neuroinfiammazione cronica nel cervello umano che invecchia. Gli scienziati hanno anche osservato un sostanziale declino delle popolazioni cellulari importanti per il mantenimento della barriera emato-encefalica, che protegge il cervello dalle sostanze nocive presenti nel flusso sanguigno.
"Le microglia sono fondamentali per il mantenimento dell'omeostasi cerebrale", ha affermato Bing Ren, PhD, autore corrispondente dello studio, direttore scientifico e CEO del New York Genome Center, professore di genetica e sviluppo, biochimica e biofisica molecolare e biologia dei sistemi presso la Columbia University, nonché direttore associato del Vagelos Institute for Basic Biomedical Science (Vagelos Institute) presso il VP&S della Columbia University. "Quando queste cellule non riescono a svolgere le loro funzioni di mantenimento, si accumulano sostanze tossiche che possono innescare processi infiammatori che possono contribuire alle malattie neurodegenerative".
In diverse tipologie di cellule cerebrali, i ricercatori hanno anche osservato un'erosione globale dell'architettura tridimensionale del genoma, suggerendo che la disgregazione strutturale del genoma potrebbe essere una caratteristica fondamentale dell'invecchiamento cerebrale. "Questo lavoro rappresenta un importante passo avanti nella comprensione di come l'invecchiamento rimodella il genoma umano nelle cellule cerebrali", ha affermato Nathan Zemke, direttore della genomica a singola cellula presso il Center for Epigenomics dell'UC San Diego. "Questi risultati dimostrano la necessità cruciale di studiare la regolazione genica e l'organizzazione del genoma per ottenere una comprensione meccanicistica del processo di invecchiamento".
"È importante sottolineare che questo studio rivela come l'invecchiamento non sia semplicemente un declino graduale, ma comporti un rimodellamento coordinato e dinamico dei sistemi immunitario, vascolare e neuronale. Questi risultati aprono la strada all'identificazione di nuovi bersagli terapeutici volti a preservare l'integrità dei circuiti neurali e la funzione cerebrale nel corso della vita", ha affermato Xiangmin Xu, PhD, professore ordinario e direttore del Center for Neural Circuit Mapping presso l'Università della California, Irvine, nonché coautore corrispondente dello studio.
ENGLISH
New research identifies midlife brain changes linked to age-related dementia.
A single-cell study in Science reveals major shifts in immune cells, genome organization and gene regulation in the aging human hippocampus. These findings offer critical insights into brain aging with major implications for age-related dementias.
Researchers have discovered that the human brain undergoes widespread age-related changes in genome regulation beginning in midlife that may help explain why aging is the greatest risk factor for neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s.
In a new study published in Science, researchers used cutting-edge single-cell technologies to profile gene regulation and three-dimensional genome architecture in individual cells from the human hippocampus, the brain region critical for learning and memory. By examining brain samples across the adult lifespan, the team generated one of the most comprehensive views to date of how genome regulation changes during brain aging.
One of the study’s most striking findings was a dramatic shift in microglia, the brain’s immune cells, between approximately ages 50 and 75. Microglia that originate during embryonic development declined substantially and were replaced by cells with molecular signatures that resemble immune cells from the blood. This finding challenges the longstanding view that microglia established during embryonic development persist throughout the human lifespan. These replacement microglia-like cells exhibited elevated inflammatory signatures, suggesting they may contribute to chronic neuroinflammation in the aging human brain. The scientists also observed a substantial decline in cell populations important for maintaining the blood-brain barrier, which protects the brain from harmful substances in the bloodstream.
“Microglia are critical for maintaining brain homeostasis,” said Bing Ren, PhD, a corresponding author of the study, Scientific Director and CEO of the New York Genome Center, Professor of Genetics and Development, Biochemistry and Molecular Biophysics, and Systems Biology at Columbia University, and Associate Director in the Vagelos Institute for Basic Biomedical Science (Vagelos Institute) in VP&S, Columbia University, “When these cells fail to perform their housekeeping duties, toxic materials accumulate that can trigger inflammatory processes that may contribute to neurodegenerative diseases.”
Across multiple brain cell types, researchers also observed a global erosion of three-dimensional genome architecture, suggesting that structural breakdown of the genome may be a fundamental hallmark of brain aging. “This work represents a major step forward in understanding how aging reshapes the human genome in brain cells,” said Nathan Zemke, Director of Single-cell Genomics at the Center for Epigenomics at UC San Diego. “These findings demonstrate a critical need for studying gene regulation and genome organization to gain a mechanistic understanding of the aging process.”
“Importantly, this study reveals that aging is not simply a gradual decline, but involves coordinated and dynamic remodeling of immune, vascular, and neuronal systems. These findings open the door to identifying new therapeutic targets aimed at preserving circuit integrity and brain function across the lifespan,” said Xiangmin Xu, PhD, Chancellor’s Professor and Director of the Center for Neural Circuit Mapping at the University of California, Irvine, and a co-corresponding author of the study.
Da:
https://www.technologynetworks.com/immunology/news/brain-aging-linked-to-immune-and-genome-changes-414951
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