Starzenie się jest naturalnym procesem, w trakcie którego we wszystkich komórkach organizmu dochodzi do powstania zmian degeneracyjnych. Uważa się, że proces starzenia się mózgu rozpoczyna się już około 30 roku życia i znacząco przyspiesza po ukończeniu 70 lat. Wraz z upływem czasu w mózgu obserwuje się postępujący proces neurodegeneracji, czyli zanikania struktur lub funkcji neuronów. Konsekwencją powstania tych nieodwracalnych zmian jest brak komunikacji między sąsiednimi neuronami i zaburzenia funkcji poznawczych. Zaburzenia te występują m.in. w chorobie Alzheimera czy demencji i dotyczą wszystkich obszarów kognitywnych (m.in. odbioru i przetwarzania informacji, uwagi, funkcji werbalnych, pamięci), które pozwalają na zdobywanie wiedzy oraz umiejętności. Jednak niewielki odsetek starszych ludzi zachowuje dobrą pamięć i sprawny umysł mimo, że w ich mózgach zachodzą postępujące procesy neurodegeneracyjne. Wyniki badań grupy naukowców z Massachusetts Institute of Technology (MIT) w Stanach Zjednoczonych może przyczynić się do odkrycia, dlaczego niektóre osoby są znacznie mniej podatne na wystąpienie demencji czy zapadnięcie na chorobę Alzheimera.
Analiza danych przeprowadzona przez naukowców wykazała, że poziom wykształcenia, rodzaj wykonywanej pracy, znajomość języków obcych, a także ilość czasu spędzonego np. na czytaniu czy rozwiązywaniu krzyżówek wpływa na ogólne funkcje poznawcze. Nie od dziś wiadomo że utrzymywanie aktywności intelektualnej na wysokim poziomie przyczynia się do spowolnienia procesów neurodegeneracyjnych zachodzących w mózgu, a stymulowanie pracy mózgu jest najlepszą metodą zapobiegania powstawaniu chorób układu nerwowego. Badaczom jednak zależało na tym, aby odpowiedzieć na pytanie, w jaki sposób na poziomie molekularnym wzmożona aktywność intelektualna wpływa na pracę neuronów.
Aby zrozumieć to zjawisko przeprowadzili oni eksperyment z wykorzystaniem myszy laboratoryjnych szczepu C57/BL6. Zwierzęta, po zaadaptowaniu do warunków eksperymentalnych (stałej wilgotności, cyklu dobowego 12/12 godzin światło/ciemność, stały dostęp do karmy hodowlanej ad libitum), zostały losowo przydzielone do dwóch grup eksperymentalnych. Pierwszą z nich umieszczono w klatkach, w których znajdowało się koło do biegania, plastikowy tunel oraz trzy dodatkowe zabawki, które wymieniano co 3-4 dni. Z kolei druga grupa przebywała w klatkach, w których nie znajdowały się żadne akcesoria oraz zabawki. Po upływie dwóch miesięcy z mózgów myszy pobrano płat czołowy i wyizolowano z niego RNA. Pozyskany materiał genetyczny naukowcy przeznaczyli do sekwencjonowania następnej generacji (NGS). Dzięki wykorzystaniu tej metody badacze mogli ocenić, jak zmieniła się ekspresja wszystkich genów w mózgach myszy z obydwu grup eksperymentalnych. Naukowcy odkryli, że u zwierząt, które przebywały w bardziej stymulującym środowisku wzmożona aktywność intelektualna korelowała ze zwiększonym poziomem ekspresji czynnika transkrypcyjnego MEF2. Pierwotnie uważano, że MEF2 odpowiada głównie za regulację rozwoju mięśni. Obecnie wiadomo, że odgrywa on znaczącą rolę w funkcjonowaniu neuronów oraz rozwoju układu nerwowego. MEF2 reguluje ekspresję wielu genów odpowiedzialnych m.in. za powstawanie kanałów jonowych. Te zaś odgrywają ważną rolę w polaryzacji elektrycznej błony komórkowej, a co za tym idzie w przekazywaniu impulsu elektrycznego (informacji) na kolejne neurony.
W kolejnym doświadczeniu naukowcy z MIT postanowili sprawdzić, co wydarzy się, jeżeli u myszy, które przebywać będą w wzbogaconym środowisku wyłączony zostanie gen MEF2. Okazało się, że wyciszenie ekspresji tego genu zablokowało zdolność myszy do czerpania korzyści z przebywania w środowisku bogatym w różnorodne bodźce. Myszy te uzyskiwały istotnie gorsze wyniki w przeprowadzonych testach behawioralnych, np. teście otwartego pola, służącego do analizy zachowania eksploracyjnego i ruchowego gryzoni.
„Wyniki tego eksperymentu były szczególnie ekscytujące, ponieważ sugerowały, że MEF2 odgrywa rolę w określeniu ogólnego potencjału poznawczego w odpowiedzi na zmienne warunki środowiska.”- mówi Ravikiran M. Raju, jeden z naukowców biorących udział w badaniu.
W kolejnym etapie naukowcy postanowili sprawdzić, czy podobne zależności istnieją również u ludzi. W tym celu przeanalizowali oni dane transkryptomiczne pochodzące z repozytoriów ludzkich danych klinicznych. Analiza wyników prawie 1000 pacjentów potwierdziła, że również u ludzi, u których praca mózgu była nieustannie stymulowana (np. poprzez naukę języków, czytanie książek) dochodzi do wzmożonej ekspresji genu MEF2.
Odkrycia badaczy z MIT sugerują, że zwiększenie aktywności MEF2 może stanowić mechanizm obronny przed rozwojem demencji czy choroby Alzheimera. Należy jednak podkreślić, że czynnik transkrypcyjny MEF2 może wpływać na poziom ekspresji innych genów, również w innych typach komórek. Konieczne są zatem dalsze badania, aby upewnić się, że wykorzystanie MEF2 w celowanej terapii molekularnej nie wywoła niepożądanych skutków ubocznych. Nie ulega jednak wątpliwościom, że wyniki przeprowadzonych doświadczeń mogą przyczynić się do stworzenia bardziej ukierunkowanej terapii zaburzeń poznawczych.
