Концепция «биологического возраста мозга» долгое время воспринималась как единый показатель, напоминающий средний балл в аттестате. Но новое исследование, опубликованное в журнале GeroScience, показало, что за этой цифрой скрывается сложная мозаика процессов. Разные отделы мозга стареют с разной скоростью, и этот темп во многом продиктован распределенными генетическими факторами.
Генетическая архитектура старения: почему мозг стареет неравномерно
Ученые из Университета Южной Калифорнии разработали систему искусственного интеллекта для анализа МРТ-снимков более 41 тысячи человек. Исследователи впервые составили детальную карту генетических факторов, влияющих на скорость старения 148 отдельных областей мозга, выявив свыше 1200 значимых связей между вариациями ДНК и износом нейронных структур.
Старение совсем необзательно связано с когнитивной деградацией. Unsplash
Что такое «возростной разрыв» (LBAG). Понятие «возростной разрыв мозга» описывает разницу между хронологическим возрастом человека и состоянием его серого и белого вещества на снимках МРТ. Если мозг сорокалетнего выглядит на пятьдесят, врачи говорят о «положительном разрыве», что указывает на повышенный риск раннего снижения когнитивных функций. Новое исследование объясняет, что этот разрыв не распределен по мозгу равномерно: у одного и того же человека лобные доли могут соответствовать норме, в то время как гиппокамп демонстрирует признаки преждевременного увядания из-за специфических генетических вариаций.
Авторы работы подчеркивают, что старение не является монолитным процессом, управляемым одним геном. Напротив, оно определяется полигенной архитектурой, свойства которой меняются от одного региона мозга к другому. Использование нейросетей позволило уловить тончайшие структурные изменения в миллионах единиц данных МРТ, которые недоступны человеческому глазу. Это дало возможность увидеть, как наследственность формирует уязвимость конкретных нейронных систем.
Генетические ассоциации с LBAG (коэффициент, означающий отличие Локального возраста мозга от хронологического возраста) для левого полушария. Карта коры головного мозга, на которой левая кора обозначена цветовой кодировкой в соответствии с отдельными анатомическими областями. Цвета указывают на области коры, в которых каждая SNP (однонуклеотидная замена) демонстрирует наиболее сильную ассоциацию с LBAG.
«Что кажется мне наиболее захватывающим в этом исследовании, так это то, как оно подчеркивает: старение мозга обусловлено не одним генетическим фактором, а скорее полигенной архитектурой, свойства которой различаются в зависимости от региона мозга. Сочетание показателей локального старения мозга с генетическим анализом позволяет нам начать картирование того, как отдельные наследственные факторы влияют на уязвимость важных нейронных систем», — отмечает соавтор работы Андрей Иримия.
Гены риска и защиты
Карты коры головного мозга с коэффициентами β для SNP с наибольшим влиянием, связанных с LBAG. Красный цвет: положительная корреляция (более высокие показатели LBAG при большем количестве референсных аллелей); синий цвет: отрицательная корреляция.
В ходе анализа были обнаружены как гены, ускоряющие деградацию тканей, так и те, что оказывают защитное действие. Например, вариации в гене KCNK2 оказались тесно связаны с ускоренным старением в областях, наиболее подверженных болезни Альцгеймера.
В то же время ген NUAK1, отвечающий за поддержание структурного «скелета» клеток, коррелирует с сохранением молодости коры больших полушарий. Примечательно, что регионы с наибольшими показателями избыточного старения (высокое значение LBAG) практически полностью совпадают с зонами, которые первыми разрушаются при деменции. Несмотря на значимость генетики, исследователи призывают не воспринимать наличие «плохих» вариантов как приговор. Генетический багаж лишь утяжеляет путь, но образ жизни и когнитивная активность по-прежнему играют важную роль в сохранении здоровья.