פרוטאומיקה כמותית חושפת הבדלים משמעותיים בין תצורות מוח של עכברים 2

אנא צור קשרoscar.xiao@wecistanche.comלמידע נוסף

12. העברה כולינרגית

העברת אצטילכולין מתווכת על ידי שתי מחלקות של קולטנים: הקולטנים הניקוטיניים, שהם תעלות יונים תלויות אצטילכולין עבור קטיוני נתרן, וקולטנים מוסקריניים, שהם קולטנים מטבוטרופיים המחוברים לפעילות של חלבוני G טרימריים.

באופן בלתי צפוי, במחקר שלנו, לא הצלחנו לזהות פפטידים שניתן לייחס באופן חד משמעי לקולטנים ניקוטינים. מצד שני, קבענו את הטיטר של כמה חברים של קולטנים כולינרגיים מוסקריניים. 12.1. קולטנים מוסקריניים--קסם

בהיפוקמפוס ובקורטקס, אך לא במוח הקטן, מדדנו את הטיטר של Chrml, Chrm3 ו-Chrm4 (איור 5A-C). בשתי תצורות המוח, Chrml הייתה תת-יחידת הקולטן המוסקריני הנפוצה ביותר. ההזדקנות הפחיתה את רמת ה- Chrml ו- Chrm3 בהיפוקמפוס, בעוד שבקליפת המוח, הריכוזים של Chrm3 ו- Chrm4 ירדו (איור 5A, B).

12.2.מטבוליזם של אצטילכולין

Choline acetyltransferase (Chat) הוא אנזים המעורב בסינתזה של אצטילכולין. מצאנו שהביטוי שלו גדל פי 2- בהיפוקמפוס של בעלי חיים מבוגרים (איור 5A). בניגוד ל-Chat, הטיטר של אצטילכולין אסטראז (Ache), אנזים המשפיל את הנוירוטרנסמיטר, לא הושפע מהזדקנות במבנה המוח הזה (איור 5A).

אנא לחץ כאן כדי לדעת יותר

בקליפת המוח, הריכוזים של צ'אט וכאב היו גבוהים משמעותית מאשר בהיפוקמפוס ובמוח הקטן; עם זאת, הם לא הושפעו מההזדקנות (איור 5A-C).

כמו כן, לא צפינו בשינויים הקשורים לגיל בריכוזים של Chat ו-Ache במוח הקטן, כאשר כמות החלבונים הייתה הנמוכה ביותר מכל אזורי המוח המנותחים.

12.3.טרנספורטר של אצטילכולין שלפוחיות-Slc18a3

Slc18a3 הוא חלבון האחראי להעמסת אצטילכולין לתוך שלפוחיות סינפטיות.הארכת חיי cistancheהמחקר שלנו מגלה שהריכוז של Slc18a3 היה הגבוה ביותר בקליפת המוח של עכברים צעירים (טבלה משלימה S1), ושההזדקנות הפחיתה את רמת Slc18a3 בכ-80 אחוזים (איור 5B). בהיפוקמפוס, כמות החלבון לא הושפעה על ידי הזדקנות (איור 5A), ובמוח הקטן, החלבון זוהה רק בבעלי חיים מבוגרים (טבלה משלימה S1).

13. קולטני מונואמינים, העברת אותות ומטבוליזם

13.1.קולטים

למרות שיכולנו למדוד את הטיטר של מספר חלבוני ממברנה המעורבים באיתות מונואמין (למשל, בספיגה חוזרת של מונואמין), זיהינו רק כמה חברים של קולטני מונואמין. לא מצאנו פפטידים המיוחסים ספציפית לקולטני דופמין, ובין קבוצות רבות של קולטני סרוטונין, הצלחנו למדוד באופן חד משמעי את הטיטר של קולטן סרוטונין אחד בלבד (Htrla) בהיפוקמפוס של בעלי חיים ישנים (טבלה משלימה S1).

בהיפוקמפוס, מדדנו את הטיטר של שני איברים של קולטנים אלפא-אדרנרגיים: a2a(Adra2a) ו-a2c(Adra2c)(איור 6A). הריכוז שלהם היה נמוך יותר בבעלי חיים ישנים; עם זאת, השינויים לא היו מובהקים סטטיסטית. בקליפת המוח, Adra2c היה קיים הן בבעלי חיים צעירים והן בבעלי חיים מבוגרים, אך AdraZa התבטא רק בבעלי חיים צעירים (איור 6B). במוח הקטן, הקולטן האלפא-אדרנרגי היחיד שזוהה היה AdraZa בבעלי חיים צעירים (איור 6C). במחקר זה, לא הצלחנו להקצות באופן חד משמעי פפטידים כלשהם לחלבוני קולטן בטא אדרנרגי, Adrb.

בניגוד לקולטנים בטא-אדרנרגיים, מצאנו ירידה משמעותית בביטוי של קינאזות המעורבים בדה-סנסיטיזציה של קולטנים אלו, Adrbkl, בהיפוקמפוס ובמוח הקטן (איור 6A-C).cistanche nzזה מצביע על כך שקולטני בטא אדרנרגיים עשויים להתבטא בכל מקום במוח, אבל בגלל המתודולוגיה שבה נעשה שימוש בניסוי שלנו, לא ניתן היה להקצות את הפפטידים הקשורים לקולטני Adrb לחלבונים.

cistanche יכול אנטי אייג'ינג

13.2. ספיגה חוזרת של מונואמין

הריכוז של מעביר הסרוטונין (Slc6a4) האחראי על ספיגה מחדש של הנוירוטרנסמיטר היה קיים בכל מבני המוח שנחקרו וכמעט ולא הושפע מההזדקנות (איור 6A-C). ראינו עלייה מובהקת סטטיסטית ב-Slc6a4 בהיפוקמפוס של עכברים מבוגרים; עם זאת, עלייה זו הייתה נמוכה מאוד (איור 6A). בניגוד להיפוקמפוס, מצאנו טיטר גבוה פי 3.5 של Slc6a4 במוח הקטן המבוגר, אך העלייה לא הייתה מובהקת סטטיסטית (איור 6C).

קבענו את הטיטר של טרנספורטר דופמין (Slc6a3) בקורטקס (איור 6B). ריכוזו לא הושפע מההזדקנות.

14. נטרול מונואמין

14.1.מונואמין אוקסידאז-מאו

מונואמין אוקסידאז מזרז את דהמינציה של אמינים ומעורב בפירוק מונואמינים המשתחררים על ידי נוירונים ותאי גליה. ישנם שני איזופורמים של מאו, מאו ומאוב, שביטוים מיוחס, בהתאמה, לנוירונים ולתאי גליה [36].

תוצאות המחקר שלנו מגלות ששני האיזואנזימים של מאו באו לידי ביטוי בכל תצורות המוח (איור 6A-C). בהיפוקמפוס, ריכוז המאואה הופחת על ידי ההזדקנות, בעוד שרמת המאוב עלתה משמעותית בבעלי החיים המבוגרים (איור 6א).גודל הפין cistancheניתן היה להבחין באותה מגמה עבור האיזופורמים מאו בקליפת המוח (איור 6B).

במוח הקטן, הטיטר של מאוה לא הושפע מהזדקנות, אך ריכוז המאוב היה גבוה יותר מפי ארבעה בבעלי חיים מבוגרים מאשר בצעירים (איור 6C). 14.2.Catechol O-Methyltransferase——Comt

Catechol O-methyltransferase מזרז O-methylation, ובכך, ביטול ההפעלה של מונואמינים כגון אדרנלין, דופמין וסרוטונין. בניתוח שלנו, מצאנו שהאנזים היה בשפע יחסית בכל תצורות המוח שנחקרו, ושרמתו לא הושפעה מההזדקנות (איור 6A-C).

15. סינתזת מונואמין

15.1. טריפטופן הידרוקסילאז 2-Tph2

טריפטופן הידרוקסילאז הוא האנזים המזרז את השלב הראשון של סינתזת סרוטונין. המחקר שלנו מראה שרמת ה-Tph2 בכל מבני המוח של בעלי חיים ישנים הייתה דומה (איור 6A-C). בהיפוקמפוס של חיות צעירות, הטיטר של Tph2 היה נמוך בהרבה מאשר בתצורות מוח אחרות, אך ההזדקנות הביאה ל- עלייה משמעותית, יותר מפי8-, בטיטר של האנזים במבנה זה (איור 6A). בקורטקס ובמוח הקטן, להזדקנות לא הייתה השפעה על ביטוי האנזים (איור 6B,C).

15.2.Tyrosine Hydroxylase-Th

Th מעורב בשלב הראשון של סינתזה של מונואמין (כגון דופמין, אדרנלין ונורה-דרנלין) מטירוזין. הטיטר של Th היה הגבוה ביותר בקורטקס (איור 6C), ונוכחות האנזים לא זוהתה בהיפוקמפוס (איור 6A).אבקת cistancheלהזדקנות לא הייתה השפעה על הביטוי של Th בשתי תצורות המוח (איור 6B,C).

15.3. Aromatic-L-amino-acid decarboxylase-Ddc

Ddc (הידוע גם כ-DOPA decarboxylase ו-AADC, ו-5-hydroxytryptophan decarboxylase) משתתף בסינתזה של נוירוטרנסמיטר, מזרז את decarboxylation של מצעים שונים כגון DOPA, phenylalanine, histidine ו-5-hydroxytryptamine. במחקרים שלנו, מצאנו ש-Ddc היה גבוה יותר מפי שניים בהיפוקמפי של בעלי חיים מבוגרים (איור 6A), בעוד שבקליפת המוח ובמוח הקטן, כמות החלבון לא השתנתה באופן משמעותי על ידי ההזדקנות (איור 6B,C).

16. העברת אותות

גירוי של מספר קולטנים מטבוטרופיים קשור לשינוי הפעילות של אדנילט ציקלאז ו/או פוספוליפאזות ושינויים בריכוז של שליחים משניים כגון cAMP ואינוזיטול טריפוספטים. 16.1.Adenylyl Cyclase——Adcy

Adcy הוא האנזים המזרז את היווצרות cAMP מ-ATP, ופעילותו מווסתת לאחר גירוי של קולטנים כולינרגיים וקטכולמינרגיים מטבוטרופיים. המחקר שלנו מגלה כי בהיפוקמפוס, Adcy2 ו- Adcy9 היו האיזופורמים הנפוצים ביותר של הציקלאז (איור 6A). מצאנו שריכוז הצורה העיקרית של האנזים בהיפוקמפוס, Adcy9, גדל באופן משמעותי בעכברים מבוגרים, בעוד שהטיטר של Adcy1, Adcy3, Adcy6 ו- Adcy8 ירד בבעלי חיים ישנים (איור 6A). להזדקנות לא הייתה השפעה על את השפע של הצורות העיקריות של Adcy, Adcy5 ו- Adcy9, בקליפת המוח, אבל זה הפחית את הטיטר של Adcy1, Adcy2, Adcy3 ו-Adcy6 (איור 6B). ראינו גם הפחתה באיזופורם Adcy הראשי במוח הקטן, Adcy (איור 6C).

16.2.Phospholipase C—Plc

Phospholipase C (Ple), אנזים המעביר הידרוליזה של פוספוליפידים, מעורב בהעברת אותות תוך תאית לאחר גירוי של הקולטן הכולינרגי המוסקריני (Chrm) והקולטן אלפא-אדרנרגי (Adra1)[37].

במחקר שלנו, מצאנו כמה חברים בכיתת Ple בכל מבני המוח שנחקרו (איור 6A-C). האיזופורמים של Plc הנפוצים ביותר בהיפוקמפוס היו Plcgl ו- Plch2, שהטיטר שלהם לא הושפע מההזדקנות (איור 6A). בניגוד להיפוקמפוס, כמעט כל האיזופורמים של Ple, מלבד Plcd3, היו מווסתים מטה בקליפת המוח של עכברים מבוגרים (איור 6B). במוח הקטן, Plcb4 היה האיזופורם השולט של Plc, אך הטיטר שלו לא הושפע מההזדקנות (איור 3C). ה-Ple היחיד שריכוזו היה שונה במוח הקטן של עכברים ישנים היה Plch2 (איור 6C).

17.Cytomatrix Active Zone——CAZ

ה-CAZ הוא אזור פרה-סינפטי המעורב בשחרור נוירוטרנסמיטר [38]. פרו-טינים באזור זה מתווכים, באופן ישיר ועקיף, היתוך שלפוחית ​​סינפטית עם הממברנה הפרה-סינפטית. בין קבוצת חלבונים זו, ניתן להבחין במספר מחלקות פונקציונליות: SNAREs (מסיסים N-ethylmaleimide-sensitive factor attachment protein receptors), אשר ניתן לחלק ל-v-SNAREs (SNAREs הקשורים לשלפוחית) ו-t-SNAREs (ממברנת מטרה). SNAREs הקשורים), וחלבונים המעורבים בעגינה מתווכת סידן של שלפוחיות סינפטיות [39].

בניתוח שלנו, לא צפינו בשינויים משמעותיים רבים הקשורים לגיל בריכוז חלבוני CAZ בהיפוקמפוס ובמוח הקטן (איור 7A,C). החלבונים היחידים שהושפעו מהגיל בהיפוקמפוס היו Snap25 ו-Vap, שהטיטר שלהם היה נמוך יותר. עכברים ישנים (איור 7A).תמצית סלסה cistancheמצד שני, הריכוז של מספר חלבוני CAZ שונה באופן משמעותי, בדרך כלל מוגבר, על ידי הזדקנות בקליפת המוח (איור 7B). השינויים הבולטים ביותר היו קשורים לחלבוני v-ו-t-SNARE כגון סינטקסינים (Stx), synap-totagmine (Syt), synaptobrevins (Vamp), synaptogyrins (Syngr) וסינפטופיזינים (Syp) (איור 7B). עלייה בריכוזי החלבונים המעורבים במנגנון התלוי בסידן של עגינה ועיגון של שלפוחיות סינפטיות, כגון

18. צפיפות פוסט-סינפטית--PSD

הצפיפות הפוסט-סינפטית היא האזור העשיר בחלבונים המחובר לממברנה הפוסט-סינפטית, בו נמצאים חלבונים המעורבים בקליטה והעברה של אותות, כמו גם אפנון של פלסטיות סינפטית [40]. במחקר שלנו, מצאנו כמה חברים של חלבוני PSD בכל מבני המוח שנחקרו (טבלה משלימה S1), ושינויים בטיטר של חלק מהם (רצפטורים, חלבונים המעורבים בסינתזה של שליחים משניים וכו') מתוארים ב- חלקים קודמים של המאמר. ריכוז חלבוני ה-PSD במוח הקטן לא השתנה משמעותית על ידי ההזדקנות. Psd ו-Shank3 היו היוצאים מן הכלל היחידים: הטיטר שלהם היה מופחת, בהתאמה, בבעלי חיים ישנים (איור 7C). בניגוד למוח הקטן, ההזדקנות הפחיתה באופן משמעותי את הריכוז של מספר חברים בחלבוני PSD בקליפת המוח ובהיפוקמפוס (איור 7A, B). ביניהם היו חלבונים חשובים לפלסטיות סינפטית כמו Dlg4/Psd95,Singap1, Shankl ו-Shank2 בקליפת המוח (איור 7B), ו- Psd,Dlg, Dlgap ושאנק בהיפוקמפוס (איור 7A). רשימה מפורטת של שינויים אלה מסופק בטבלה משלימה S1.

19. מולקולות הדבקה של תאים טרנס-סינפטיים-CAMs

מולקולות הידבקות של תאים טרנס-סינפטיים מווסתות את הפלסטיות הסינפטית באמצעות ארגון הקשר הסינפטי, שולטות במורפולוגיה של הסינפסה ומווסתות את תפקודי הקולטן[41]

מדדנו באופן כמותי את הטיטרים של כמעט 140 חלבונים המובאים למולקולות ההידבקות של התא הטרנס-סינפטי (טבלה משלימה S1). בסך הכל, הרמה של רוב ה-CAMs הושפעה מהזדקנות בהיפוקמפוס ובקורטקס (איור 8A,B), אך נצפו שינויים קטנים יחסית במוח הקטן (איור 8C). ראינו ירידה משמעותית בריכוז של מספר מולקולות הדבקה של תאים כמו קדהרינים (Cdh), קטנינים (Ctnn), אפרינים (Eph), טירוזין-חלבון פוספטאז מסוג קולטן (Ptpr), נוירקסינים (Nrxn) וחלבון Lin7, הן בהיפוקמפוס והן בקליפת המוח של בעלי חיים ישנים (איור 8A,B). מערך החלבונים המלא המוצג באיור 8 מתואר בטבלה 1, והטיטר של איזופורמים שונים של Cdh, Ctnn, Eph ו- Nrxn מוצג ב- טבלה משלימה S1.

השינויים המשמעותיים ביותר במוח הקטן היו קשורים לביטוי של Lgi, שריכוזו היה גבוה יותר מפי שניים בעכברים ישנים (איור 8C). Lgis הם חלבונים המופרשים המווסתים את הפצת הקולטנים והאינטראקציות התאיות במערכת העצבים [73]. למרות שבמוח הקטן, הטיטר של רוב חלבוני ההדבקה בתאים לא הושפע מהזדקנות, הטיטר של חלק מהם כגון ephrins (Eph), liprin-alpha (Ppfia) and neurexins (Nrxn) הופחת (איור 8C). מצאנו גם עלייה משמעותית בחלבון Lgi בהיפוקמפוס ובקורטקס (איור 8A-C). התפקידים של CAMs בודדים מסוכמים בטבלה 1.

20. מטריקס חוץ-תאי (ECM) Perineuronal Net (חלבונים

PNNs הם מבני מטריקס חוץ-תאיים המכסים את פני השטח של גוף התא הנוירוני ובליטות במערכת העצבים המרכזית ומייצבים סינפסות במוחות של מבוגרים. PNNs מורכבים בעיקר מ-chondroitin sulfate proteoglycans [74].

מצאנו יותר מ-70 חברים ב-PNN במבני מוח צעירים ומבוגרים (טבלה משלימה S1). באופן כללי, ראינו רמות גבוהות של חלבוני PNN במוחות מבוגרים, והעליות הללו יוחסו בעיקר לעלייה עצומה ב-Hapln (חלבון הקישור של hyaluronan ו-proteoglycan), המרכיב העיקרי של PNNs (איור 9A-C). פרט ליפן, רמת הקולגנים (Col) גדלה בהיפוקמפוס ובמוח הקטן, ולמינינים (Lam) גדלו בכל מבני המוח שנחקרו (איור 9A-C). באופן בלתי צפוי, מצאנו שחלק מחלבוני PNN היו מווסתים מטה בעכברים מבוגרים, למשל, הריכוזים של טלין-2(TIn2) וסמפורינים (Sema) בהיפוקמפוס ובקורטקס (איור 9A,B).

בניתוח חלבון ה-ECM מצאנו תלות מעניינת: הטיטרים של רוב הפרוטאוגליקנים הגדולים (כגון Agrn, Ncan, Vcan ו-Bcan) גדלו באופן משמעותי בהיפוקמפוס ובמוח הקטן של בעלי חיים ישנים, אך לא בקורטקס (איור 9A- ג). נראה כי קליפת המוח היא גם היווצרות המוח היציבה ביותר בהקשר של הביטוי של אנזימים לעיצוב מחדש של ECM. מצאנו כמה חברים של פרוטאזות ADAM בכל מבני המוח שנחקרו. רק ריכוז ADAM23 עלה על ידי הזדקנות בקליפת המוח (איור 9B), ADAM10, ADAM11 ADAM22 ו-ADAM23 עלו בהיפוקמפוס של עכברים ישנים, בעוד שהטיטרים של ADAM22 ו-ADAM23 היו מוגברים בקליפת המוח (איור 9A,C) .

בין metalloproteinases, יכולנו למדוד את הריכוז של Mmp17 בלבד, והוא הופחת מעט על ידי הזדקנות בהיפוקמפוס ובמוח הקטן (איור 9A-C). התפקידים של קבוצות חלבון CAM מסוכמים בטבלה 2.

21. דיון

שינויים הקשורים להזדקנות בהרכב החלבון של תצורות מוח עדיין רחוקים מלהיות מובנים היטב. מספר פיסות נתונים יקרות ערך נמסרו על ידי מחקרים המשתמשים בטכניקות אימונוציטוכימיות ואימונוהיסטוכימיות. הם הדגימו ביטוי מגוון של מספר חלבונים במבני מוח שונים, ואפילו באוכלוסיות שונות של נוירונים [97-99]. עם זאת, בגלל המגבלות המתודולוגיות, מחקרים כאלה הוגבלו למספר קטן של חלבונים, והם יכלו לספק נתונים חצי כמותיים בלבד על ביטוי חלבון. הם גם לא יכלו לספק את הריכוז האמיתי של חלבונים, נתון בערכים מוחלטים (למשל, במול/ג חלבון), בדגימות שנחקרו.

במאמר זה, השתמשנו בטכניקה המבוססת על ספקטרומטריית המונים, שיטת גישת חלבון הכולל ללא תווית, כדי לתאר כמותית חלבונים המעורבים בהעברת אותות בהיפוקמפוס, בקליפת המוח ובמוח הקטן של עכברים צעירים וזקנים. כל תצורות המוח הן מבנים הטרוגניים המורכבים מתאי שונים, שביניהם נוירונים ואסטרוציטים הם הנפוצים ביותר. בשל כך, לא ניתן להעיר באופן חד משמעי את התוצאות המוצגות במאמר זה לנוירונים או לתאי גליה. עם זאת, בכמה מקרים, ידוע כי הביטוי של החלבונים המנותחים קשור כמעט אך ורק לסוג אחד של תאים, למשל, אנזימים מסינתטיים של GABA בהיפוקמפוס, הקשורים בעיקר לאינטרנוירונים (לסקירה, ראה [100]). .

הניתוח שלנו הראה שהמנגנון המולקולרי המעורב בהעברה המעוררת והמעכבת (בהתאמה, גלוטמטרגי ו-GABAergic) בהיפוקמפוס ובקליפת המוח השתנתה (הופחתה) משמעותית על ידי ההזדקנות. בתורו, הביטוי של קולטני גלוטמט ו-GABA במוח הקטן היה כמעט ללא שינוי; עם זאת, הטיטר של GADs (האנזימים המעורבים בסינתזת GABA) היה מוגבר מאוד בעכברים מבוגרים.

הריכוז המופחת של חלבונים המעורבים בהעברה גלוטמטרית ו-GABAergic עשוי להצביע על ירידה בפלסטיות הנוירונית של ההיפוקמפוס והקורטקס בבעלי חיים מבוגרים.

הטיטר המופחת של Camk4 עשוי להיות הסמן הבא של הפלסטיות הסינפטית הנמוכה יותר של בעלי חיים ישנים שכן Camk4 הוא חלבון הכרחי ליצירת זיכרון לטווח ארוך [101]. ראינו לא רק ירידה משמעותית ב-Cam4 בכל תצורות המוח שנחקרו, אלא גם רמה גבוהה מאוד של קינאז זה במוח הקטן, מה שעולה בקנה אחד עם מחקרים המראים את התפקיד המשמעותי של Camk4 פעיל בדיכאון במוח הקטן, בהתייחס ל- להיות הצורה העיקרית של פלסטיות סינפטית במבנה המוח הזה[102-104]. לא מצאנו הבדלים הקשורים לגיל בטיטר של Camk2, הידוע כמעורב ישירות בשיפור הסינפטי. עם זאת, Camk2 הוא חלבון המתבטא ברמה גבוהה מאוד ומעורב במגוון אירועים תאיים, ומכאן שהיעדר שינויים מובהקים סטטיסטית במבנים השלמים אינו בלתי צפוי.

לא צפינו בשינויים רבים בריכוז של קינאזות אחרות המעורבות בהעברה סינפטית ובפלסטיות, כגון PKA ומארק. עם זאת, מצאנו כי הריכוז של Prkac, תת-יחידה קטלטית של PKA, מופחת באופן משמעותי על ידי הזדקנות בהיפוקמפוס. זה עשוי לרמוז על העברה מעוררת ופלסטיות נמוכה יותר של היפוקמפי מיושן מכיוון שזרחון תלוי PKA של תת-יחידות AMPA שולט ישירות בשילוב הסינפטי של קולטני AMPA [105].

באופן בלתי צפוי, לא הצלחנו למדוד את הטיטרים של קולטני אצטילכולין ניקוטין (כמו גם קולטני דופמין וסרוטונין, למעט Htrla). מכיוון שזיהינו מספר חלבוני ממברנה אחרים, היעדר הקולטנים הללו בניתוח שלנו אינו השפעה של שיטת הכנת הדגימה אלא נובע מהיעדר ממשי של פפטידים ייחודיים שניתן להעיר באופן חד משמעי לקולטנים הללו.

בניגוד לקולטנים לניקוטין, זיהינו קולטני אצטילכולין מוסקריניים (Chrm) בהיפוקמפוס ובקורטקס, ומצאנו שהטיטר שלהם ירד משמעותית בבעלי חיים ישנים. מעניין לציין שריכוז האנזים Chat המעורב בסינתזת אצטילכולין עלה משמעותית בהיפוקמפוס ובמוח הקטן, והמוח הקטן היה המבנה המוחי היחיד בו לא הצלחנו למדוד את ריכוז ה-Chrm.

ההבדל הבולט ביותר בין בעלי חיים צעירים למבוגרים לגבי העברה אדרנרגית היה העלייה הגבוהה מאוד בטיטר של מונואמין אוקסידאז b, אנזים האחראי לנטרול אמינים. זה עשוי להצביע על כך שהעברת אדרנרגית, ובסך הכל, האיתות הקטכולמינרגי מופחתים בבעלי חיים ישנים. עם זאת, מצאנו גם הפחתה משמעותית הקשורה להזדקנות בריכוז Adrbkl, קינאז המעורב בחוסר רגישות של קולטנים אדרנרגיים. הורדת הוויסות של Adrbkl אמורה להוביל לעלייה ברגישות של קולטנים אדרנרגיים - הסתגלות לכמויות מופחתות של נוירוטרנסמיטורים הנגרמת כתוצאה מפעילות מוגברת מאוד של מואב.

היכולת לשחרר נוירוטרנסמיטורים תלויה גם בנוכחות חלבונים המעורבים בסחר בשלפוחית ​​סינפטית. המחקר שלנו מדגים שריכוז החלבונים המעורבים בשחרור נוירוטרנסמיטורים, כגון v-SNAREs, t-SNAREs וחלבונים הקשורים לאקסוציטוזיס, היה קבוע יחסית במהלך ההזדקנות בהיפוקמפוס ובמוח הקטן. לעומת זאת, טיטר החלבונים המעורבים בשחרור נוירוטרנסמיטר עלה משמעותית בקליפת המוח הישנה, ​​מה שעשוי להצביע על כך שכמות הסינפסות הפעילות בקליפת המוח הישנה גבוהה מזו שבקליפת המוח הצעירה. עם זאת, העלייה בחלק הפרה-סינפטי של שחרור הנוירוטרנסמיטר. המנגנון בקליפת המוח לא היה בקורלציה עם עלייה בחלבונים הפוסט-סינפטיים היוצרים את המנגנון של קליטת אותות ושידור. ראינו ירידה משמעותית בטיטר של חלבונים אלה הן בקורטקס והן בהיפוקמפוס.

מכיוון שהפלסטיות הסינפטית תלויה גם בביטוי של חלבונים המארגנים את מורפולוגיה של הסינפסה, בדקנו את הריכוז של מולקולות ההידבקות של התאים הטרנס-סינפטיים וחלבוני המטריצה ​​החוץ-תאיים היוצרים רשתות perineuronal.

מצאנו שהטיטרים של רוב ה-CAMs ירדו בהיפוקמפי וקליפת המוח המבוגרים, בעוד שבמוח הקטן, הריכוזים של חלבונים אלה היו יציבים יחסית. למרות שהביטוי של כמה חברים ב-CAMs נחקר בהקשר של מחלת אלצהיימר [106-108], הניתוח שלנו מספק את התמונה הגלובלית הראשונה של שינויים תלויי גיל בביטוי CAM. בניגוד כמעט לכל שאר ה-CAMs, מצאנו עלייה משמעותית ברמת חלבון Lgi. ידוע שחלבוני Lgi משתתפים ביצירת סינפסה ובהבשלה, אך גם בתהליך המיאלינציה (לסקירה, ראה [42]). שותפים חיוניים לקישור Lgi בפיתוח סינפסה הם חלבוני ADAM כגון ADAM11,ADAM22 ו-ADAM23 [42]. במחקרים שלנו, גילינו עליות משמעותיות בריכוזים של כל האיזופורמים של ADAM הללו בהיפוקמפוס. ממצא זה מצביע על מספר גבוה יותר של סינפסות בוגרות ויציבות בהיפוקמפי מבוגר מאשר בהיפוקמפי צעירים.

לעומת זאת, מצאנו שרוב החלבונים נטו הפרינאורונליים היו בשפע יותר בתצורות המוח המבוגר. ההבדלים היו הבולטים ביותר עבור חלבוני Hapln, Acan ו-Bgn, שהטיטרים שלהם היו מוגברים בכל מבני המוח.

יתרה מכך, ראינו גם עלייה משמעותית בפרוטאוגליקנים בהיפוקמפוס ובמוח הקטן. זאת בניגוד לכאורה למחקרים אימונו-היסטוכימיים קודמים שהצביעו על כך שבמוח העכבר, פרוטאוגליקנים של כונדרויטין סולפט שמרכיבים בעיקר את חלבון Hapln אינם משתנים עם ההזדקנות [109]. סתירה זו עשויה לנבוע מהגיל השונה של החיות הצעירות בהן נעשה שימוש במחקר זה (1-בני חודש) ובמחקר הקודם (בני 4 חודשים)[109]. פרשנות כזו עולה בקנה אחד עם תצפיות לפיהן הביטוי של כמה פרוטאוגליקנים עולה בהתמדה במוח החולדות עד גיל 5 חודשים, אבל אז הטיטר של חלק מהחלבונים יורד (לסקירה, ראה [110]).

למרות שמצאנו שחלק מהחלבונים או ריכוזי קבוצות חלבון הושפעו מההזדקנות באופן דומה בכל תצורות המוח שנחקרו", נראה שהזדקנות בו-זמנית אינה כלל. ראינו שהפרוטאום המוח הקטן מציג את המספר הקטן ביותר של שינויים במהלך ההזדקנות , בעוד שהפרוטאומים בהיפוקמפוס והקורטיקליים לא היו יציבים.

לסיכום, הניתוח שלנו הוא המחקר הפרוטאומי הכמותי המעמיק והמקיף הראשון המתאר שינויים בריכוז החלבונים הקריטיים להעברת אותות ולפלסטיות סינפטית בהיפוקמפוס, בקליפת המוח ובמוח הקטן של עכברים צעירים וזקנים. הנתונים המוצגים כאן מספקים תמונה כללית של השפעת ההזדקנות הפיזיולוגית על הפלסטיות הסינפטית ועשויים להציע מטרות תרופתיות פוטנציאליות לטיפולי אנטי-אייג'ינג.

22. מסקנות

ידוע כי ההזדקנות משנה את תפקודי המוח, והמחקרים שלנו מראים ששינויים אלו קשורים לביטוי שונה של מספר קולטנים, חלבוני העברת אותות וחלבונים מבניים המעורבים ביצירת סינפסה. שינויים הקשורים להזדקנות בפרוטאום נצפו בכל מבני המוח שנבדקו, למשל בהיפוקמפוס, בקליפת המוח ובמוח הקטן. עם ההזדקנות, מבנה המוח היציב ביותר הוא המוח הקטן, בעוד שההיפוקמפוס והקורטקס מציגים כמות דומה של חלבונים בעלי ביטוי דיפרנציאלי המעורבים בהולכה עצבית ונוירופלסטיות. המחקר שלנו מגלה שאין דפוס אוניברסלי אחד של שינויים הקשורים להזדקנות בפרוטאומים; במקום זאת, כל אחת מתצורות המוח המנותחות מייצגת את אופן השינוי שלה.

מאמר זה מופק מתאי 2021, 10, 2021. https://doi.org/10.3390/cells10082021 https://www.mdpi.com/journal/cells