Старение совсем необязательно связано с когнитивной деградацией
Старение совсем необязательно связано с когнитивной деградацией

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.

Что такое «возрастной разрыв» (LBAG). Понятие «возрастной разрыв» 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.

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.

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.
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.
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.