Forskning av vilda primater kopplar betydelsen av social miljö till molekylära markörer för ålder i hjärnan

När människor åldras blir det viktigare och viktigare att upprätthålla en positiv och förutsägbar social miljö. Att hålla nära band med vänner och familj har till exempel identifierats som en av nyckelingredienserna för ett hälsosamt åldrande.

Även om vissa nedgångar i hälsa, sinne och kropp är oundvikliga, har studier visat att upprätthållande av en positiv social miljö kan hjälpa till att avvärja några av de viktigaste stressorerna och utmaningarna med åldrande.

Forskare har länge varit intresserade av att utforska dessa grundorsaker och studera hur miljön kan ge ett sätt att sakta ner takten med vilken våra hjärnor åldras.

“Vi har fortfarande inte bra koll på hur vår sociala miljö kan “komma under huden” för att påverka våra kroppar och hjärnor, men en hel del senaste arbeten har pekat på förändringar på nivån av genreglering – hur våra gener är .. på och av, säger Noah Snyder-Mackler, biträdande professor vid Arizona State Universitys School of Life Sciences, Center for Evolution and Medicine och en filial till Neurodegenerative Disease Research Center vid ASU:s Biodesign Institute.

Och med ny teknik tillgänglig kan forskare börja reta ut det mystiska sambandet mellan dynamiken i ens sociala miljö och molekylära förändringar i hjärnan.

Men med mänskliga studier svåra att utföra och med åldrandeprocesser utdragna under decennier av den typiska mänskliga livslängden, har forskare som Snyder-Mackler vänt sig till att använda våra närmaste genetiska kusiner, icke-mänskliga primater, för att bättre förstå hur vår sociala miljö kan förändra vår fysiologi – Från organismnivå ända ner till våra gener.

Nu, i en ny studie, ledde Snyder-Mackler och medförfattarna Kenneth Chiou (en postdoktor vid ASU) och Alex DeCasien (tidigare vid New York University, nu postdoktor vid National Institute of Mental Health) en internationell forskning team

som visade att i en population av makakapor hade kvinnor med högre social status yngre, mer motståndskraftiga molekylära profiler, vilket ger en nyckelkoppling mellan den sociala miljön och friska hjärnor.

Detta arbete utfördes i rhesus macaques arter, som “är den bäst studerade icke-mänskliga primatmodellen inom medicin. Dessa djur visar också några av samma åldersrelaterade förändringar som vi ser hos människor, inklusive minskningar i bentäthet och muskelmassa, immunsystemförändringar och en övergripande försämring av beteendemässiga, sensoriska och kognitiva funktioner, säger Snyder-Mackler.

Teamet inkluderade nyckelsamarbetare vid Caribbean Primate Research Center/University of Puerto Rico, University of Washington, University of Pennsylvania, University of Exeter, New York University, North Carolina Central University, University of Calgary och University of Lyon. Studien publicerades i tidskriften Nature Neuroscience (DOI: 10.1038/s41593-022-01197-0) och finansierades av National Institute on Aging, National Institute of Mental Health, National Science Foundation och National Institutes of Health Office of Research Infrastrukturprogram.

“Denna studie bygger på mer än 15 års arbete av vårt team med att undersöka interaktionerna mellan socialt beteende, genetik och hjärnan i Cayo-makakerna”, säger Michael Platt, professor vid Perelman School of Medicine, School of Arts and Sciences och Wharton Business School vid University of Pennsylvania. “Upptäcktena som gjorts av vårt team visar värdet av allt hårt arbete och resurser som investerats i denna långtidsstudie.”

“Studien visar värdet av att bygga långsiktiga samarbetsnätverk mellan institutioner”, tillade James Higham, professor i antropologi vid New York University. “Långsiktig finansiering av sådana nätverk är nyckeln till att möjliggöra viktiga multidisciplinära fynd i naturalistiska djurpopulationer.”

Åldrandets sociala miljö och biologi

Ett brett tema för Snyder-Macklers labb är att undersöka grundorsakerna och konsekvenserna av variation i den sociala miljön, undersökt i skalor från små molekyler hela vägen till hela organismen.

Under det senaste decenniet har ny genomisk teknik fått forskare att undersöka dessa interaktioner på en aldrig tidigare skådad nivå för att utforska denna dynamiska interaktion mellan miljön och genomet. Kan en social eller miljömässig motgång efterlikna äldre ålder på molekylär nivå? Svaret är ett bestämt ja. Snyder-Macklers team publicerade nyligen (10.1073/pnas.2121663119) en av de första studierna som visade att individer som upplevde en naturkatastrof, närmare bestämt en orkan, hade molekylärt äldre immunsystem.

Gruppen de har studerat är en population av frigående rhesusmakaker som lever på den isolerade ön Cayo Santiago i Puerto Rico. Djuren har levt på ön sedan 1938 och förvaltas av Caribbean Primate Research Center (CPRC).

För att skapa kopplingar mellan social status och hjärnans inre funktioner genomförde teamet två kompletterande studier: 1) omfattande genererande genuttrycksdataset från 15 olika regioner i hjärnan, och 2) fokuserade på en region mer i detalj vid den enda cellnivå (i det här fallet en detaljerad analys inom en enda region av hjärnan, den dorsolaterala prefrontala cortexen (dlPFC), ett hjärnområde som länge förknippats med minne, planering och beslutsfattande. Detta arbete kompletterades med detaljerade beteendeobservationer och datainsamling på 36 studiedjur (20 honor och 16 hanar).

Framväxande mönster

När de grupperade varje prov hjärnregion efter ålder, stack 8 distinkta kluster av gener ut. Bland de mest intressanta var de som var involverade i metaboliska processer, cellsignalering och immun- och stressreaktioner.

“Det slutade med att vi identifierade tusentals gener som visar åldersrelaterade skillnader i uttrycksmönster, inklusive ungefär 1 000 som visar mycket konsekventa mönster över hela hjärnan,” sa Chiou.

Därefter inhyste de sin analys för att förstora det prefrontala cortexområdet i hjärnan på en enda cellnivå.

“Vi kompletterade våra hjärnomfattande genuttrycksdata med mått på uttrycket av gener i 71 863 individuella celler i dlPFC över i 24 honor som spänner över makakens livslängd,” sa Chiou.

Genuttrycksdata gjorde det möjligt för dem att klassificera varje enskild cell i åtta breda neurala celltyper (t.ex. excitatoriska neuroner, mikroglia, etc.) och sedan vidare analysera dem i 26 distinkta celltyper och subtyper i dlPFC-hjärnregionen.

De avslöjade också starka paralleller mellan makak och mänskliga genuttryckssignaturer av ålder. En del av denna variation var specifik för regioner associerade med degenerativa neurologiska sjukdomar, medan andra återspeglar konserverade neurologiska mönster associerade med äldre ålder i hela hjärnan.

Jämfört med data från mus och mänsklig hjärna, var de vägar som visade de största likheterna i variation kopplade till ålder mellan regioner centrala för hjärncell-till-cell-kommunikation (kemisk synaptisk överföring, delad över fem regioner), hjärntillväxt (negativ reglering av neurogenes, andel mellan tre regioner) och en nyckelhjärnreglerande gen för celltillväxt och död (positiv reglering av den proinflammatoriska cytokintumörnekrosfaktorn, delad över tre regioner).

Men alla fynd hittar inte paralleller hos människor, vilket tyder på att det kan finnas grundorsaker till vissa neurodegenerativa sjukdomar som också är en del av det som gör oss unikt till människor.

Dessa nyckelskillnader mellan effekterna av ålder hos makaker och människor kan hjälpa till att förklara de unika mekanismerna bakom vissa mänskliga neurodegenerativa sjukdomar.

Bland de biokemiska vägarna som visade den största åldersskillnaden mellan regioner fanns energivägar (elektrontransportkedja/oxidativ fosforylering, som finns i fyra regioner). Intressant nog var mänskliga neurodegenerativa sjukdomar, såsom Parkinsons sjukdom (fyra regioner), Huntingtons sjukdom (tre regioner) och Alzheimers sjukdom (en region), associerade med några av de mest skilda genuppsättningarna mellan människor och apor.

“Detta tyder på att även om neurodegenerationsvägar hos människor skiljer sig från makaker i sin åldersprofil i vissa regioner, uppvisar de fortfarande stark överlappning med sociala motgångar, parallellt med epidemiologiska kopplingar hos människor mellan sociala motgångar och neurodegenerativa sjukdomar”, säger DeCasien.

Åldrande är förknippat med variation i den sociala miljön

Därefter tillämpade teamet sina data på de sociala aspekterna av makakåldring, som har flera unika egenskaper. Hos kvinnliga makaker ärvs dominansgraden (apanalogen av social status) från deras mor och förblir för det mesta stabil under hela livet. Detta skiljer sig mycket från mönstret som finns hos manliga makaker, som lämnar sina grupper när de mognar och går in i sina nya grupper längst ner i hierarkin innan de stiger i rang allt eftersom de förlängs i den nya gruppen.

“Bevis hos människor och andra sociala arter tyder på att variationen i risken, uppkomsten och utvecklingen av åldersrelaterade sjukdomar delvis förklaras av variationen i sociala motgångar”, säger Snyder-Mackler. “Hos kvinnliga makaker, till exempel, är låg social status associerad med ökad dödlighet, och dess effekter på immuncellsgenuttryck liknar genuttryckssignaturer för åldrande hos människor.”

Därefter ville de avgöra om sociala motgångar kunde kopplas till molekylära signaturer av ålder i makakhjärnan. De fann att effekten av rang på genuttryck var särskilt driven av yngre molekylära profiler hos högt uppsatta kvinnor, vilket tyder på att samband mellan högre rang och yngre hjärnålder inte uttrycks linjärt längs den sociala hierarkin utan istället är specifika för kvinnor med den högsta rankas.. Hög social status kan ge flera fördelar, inklusive ökad tillgång till resurser, mer förutsägbara miljöer och minskade trakasserier från gruppkamrater.

“Våra fynd ger några av de första bevisen på molekylära paralleller mellan åldrande och sociala motgångar i hjärnan – vilket ger en nyckelmekanism som kopplar samman negativa (eller omvänt, fördelaktiga) miljöer och tidigare uppkomst och snabbare progression av åldersrelaterad hjärnnedgång och sjukdom.” sa DeCasien.

Slutgiltiga tankar

Dessa atlaser och fynd kommer nu att tillhandahålla värdefulla mål för framtida studier i en lättillgänglig, kliniskt viktig modell för människors hälsa och åldrande.

Dessa länkar har potentiellt en orsaksförklaring; Den kroniska stressen av sociala motgångar, till exempel, har föreslagits för att påskynda åldrandet genom att främja kronisk inflammation från ett försvagat immunsystem. Deras arbete understryker vikten av att betrakta den sociala miljön som en nyckelmodifierare av åldrande och hälsa.

“Det råder inte längre något tvivel om att människors och andra grupplevande djurs sociala liv är obönhörligt sammanflätade med resten av deras biologi”, säger Lauren Brent, docent i psykologi och djurbeteende vid University of Exeter. “Spännande framtida forskning kommer att visa oss varför vår interaktion med andra kan påverka hur snabbt vi åldras och om dessa effekter är reversibla.

Och vi kan vara på god väg mot detta mål tack vare data och resultat från denna studie. “Sammantaget ger våra fynd en rik molekylär resurs som katalogiserar åldersassocierade molekylära förändringar i hjärnan – i en modell av icke-mänsklig primat som lever i en komplex social och naturalistisk miljö”, säger Snyder-Mackler. “Vi hoppas att de kommer att ge nya insikter om hur vi alla kan leva längre, hälsosammare och lyckligare liv.”

/PublicRelease. Detta material från ursprungsorganisationen/författarna kan vara av tidpunktskaraktär, redigerat för klarhet, stil och längd. De åsikter och åsikter som uttrycks är författarens/författarnas. Se i sin helhet här.

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *