Метаболом мозга мыши зависит от отдела и возраста, но не от пола

Команда, возглавляемая учеными из Калифорнийского университета, проанализировала метаболом стареющего мозга мыши и на его основе создала атлас метаболитов. Анализ метаболома, наряду с геномом и протеомом, является важным условием для понимания процессов, протекающих в клетках и тканях организма.

Для мозга мыши уже разработаны геномный и протеомный атласы. Но метаболом мозга, а также его изменения во время болезней или старения изучены мало. Чтобы восполнить недостаток данных, американские и китайские ученые провели исследование самок и самцов мышей возрастом от трех недель (подростки) до 92 недель (старые мыши). Их мозг разделили на десять областей и проанализировали с помощью разных видов масс-спектрометрии и хроматографии.

В конечном итоге исследователи выделили 1547 метаболитов и объединили их в восемь групп, из которых наиболее крупными оказались липиды, органические кислоты и кислородсодержащие органические соединения.

Наборы метаболитов четко различались между крупными областями мозга, такими как конечный мозг и ствол мозга. Различия в метаболоме отражают разные функции этих зон: ствол мозга обеспечивает жизненно важные процессы, такие как дыхание или поддержание кровяного давления, а конечный мозг, включающий большие полушария, контролирует движение, речь и мышление. Кроме того, в отдельных областях мозга ученые обнаружили повышенные концентрации определенных соединений, таких как производные холестирина, сфингомиелины и церамиды, а также нейромедиаторов и их рецепторов.

Метаболомные различия между областями мозга были значительнее всего у взрослых мышей, но в ходе старения сглаживались, то есть функции тех или иных зон мозга при старении утрачивали специфичность. Более того, метаболические изменения происходили неравномерно и асинхронно в разных мозговых структурах. Так, метаболомы эволюционно более древних структур — моста и продолговатого мозга — оставались стабильными у мышей всех возрастов. В то же время в структурах, обеспечивающих когнитивные и социальные способности, наблюдался сдвиг в концетрации ряда веществ при переходе от подросткового возраста к взрослому и после при старении.

Подобные различия сохранялись и на уровне отдельных метаболитов. В мозге старых мышей усиливался распад белков и некоторых липидов, а также снижалась концентрация нейромедиаторов. Изменения коснулись и сфинголипидов. Они входят в состав миелиновых оболочек аксонов нервных клеток, необходимых для быстрой передачи нервных импульсов. Количество сфинголипидов возрастало в мозге взрослых мышей и снижалось у старых, также изменялась структура молекул, что приводило к потере миелина. Все перечисленные изменения в метаболоме можно рассматривать как причину когнитивного дефицита и нейродегенеративных заболеваний в пожилом возрасте.

В то же время, исследователи не обнаружили значительных метаболических различий между мозгом самцов и самок.

Проведенный в настоящей работе анализ метаболома согласуется с данными о геноме, транскриптоме и протеоме мозга мыши, полученными ранее, а также дополняет их. Но авторы предупреждают, что нужно быть осторожными, экстраполируя наблюдения за мышами на людей.