Op 24-jarige leeftijd lijken de hersenen een lang seizoen van werk in uitvoering af te sluiten. Tientallen jaren van relatieve stabiliteit volgen, maar na de leeftijd van 60 jaar verandert de moleculaire activiteit opnieuw: deze keer zijn het vooral de cellen die de neuronen die bewegen ondersteunen, beschermen en monitoren. Het is het traject dat is gereconstrueerd door een grote studie gepubliceerd in Natuurdie cellulaire veranderingen in de dorsolaterale prefrontale cortex gedurende bijna een eeuw van het menselijk leven volgde.
De onderzoekers analyseerden meer dan 1,3 miljoen celkernen uit de hersenen van 284 mensen, van de kindertijd tot de leeftijd van 97 jaar, en bouwden een van de meest gedetailleerde kaarten op die beschikbaar zijn van hoe neuronen en gliacellen veranderen met de leeftijd. De geïdentificeerde volgorde is vrij duidelijk: grote transformaties tijdens de ontwikkeling, een aanpassing rond de leeftijd van 24 jaar, een lange relatief stabiele fase en vervolgens een nieuwe golf van moleculaire activiteit na de leeftijd van 60 jaar.
Op 24-jarige leeftijd gaan de hersenen de lange stabiele fase in
Het door de onderzoekers waargenomen gebied is de dorsolaterale prefrontale cortex, betrokken bij functies zoals planning, werkgeheugen, cognitieve controle en besluitvorming. Tijdens de kindertijd en de adolescentie verandert de cellulaire samenstelling aanzienlijk. Neuronen en gliacellen ondergaan rijpingsfasen, genexpressieprogramma’s veranderen en veel celpopulaties blijven zich vestigen. Dan vertraagt de curve.
De auteurs identificeren een omslagpunt rond de leeftijd van 24 jaar, waarna de samenstelling van de meeste cellulaire subklassen veel stabieler wordt. De hersenen blijven op natuurlijke wijze veranderen en zich aanpassen, terwijl ze vooral de grote cellulaire en moleculaire hermodellering vertragen die de voorgaande fasen had gekenmerkt. Deze relatieve rust vergezelt een groot deel van de volwassenheid.
Tussen de leeftijd van 20 en 59 jaar observeerden onderzoekers bijvoorbeeld ook goed gecoördineerde circadiane ritmes in neuronen, waarbij verschillende genen gedurende 24 uur regelmatige patronen volgden. Een soort lange fase van gewone hersentoediening. Dan kom je boven de 60 en begint er weer iets te bewegen.
Na het zestigste levensjaar veranderen vooral de cellen die de neuronen ondersteunen
In de late volwassenheid treedt er een nieuwe golf van moleculaire activiteit op. Deze keer zijn het vooral astrocyten, microglia, oligodendrocyten en andere gliacellen die het meest veranderen, die essentiële functies vervullen bij het ondersteunen van neuronen, het in stand houden van de hersenomgeving en het deelnemen aan de immuunrespons. De auteurs beschrijven een echte reactivering van leeftijdsgerelateerde moleculaire programma’s. De genen waarvan de activiteit varieert met het ouder worden nemen toe en de processen die verband houden met de immuunrespons, ontstekingen en cellulaire stress worden duidelijker.
Ook het interne ritme van de cellen verandert. In de monsters van jongere en middelbare leeftijd vertoonden de neuronen gedurende 24 uur een zeer goed georganiseerde activiteit. Na de leeftijd van 60 jaar neemt deze synchronisatie af, terwijl sommige gliacellen nieuwe moleculaire ritmes verwerven die verband houden met stressreacties.
Zoals onderzoekers van de Icahn School of Medicine op de berg Sinaï, betrokken bij de grootste verzameling onderzoeken waaruit deze atlas is voortgekomen, uitleggen, lijkt het ouder wordende brein daarom ook de manier te veranderen waarop het sommige van zijn cellulaire activiteiten in de loop van de tijd verdeelt.
Ziekten volgen verschillende tijden
De kaart wordt bijzonder interessant wanneer onderzoekers leeftijdsgerelateerde veranderingen overlappen met genen die verband houden met bepaalde neurologische en psychiatrische stoornissen. Genetische signalen die verband houden met schizofrenie en bipolaire stoornis zijn nauwer verbonden met cellulaire programma’s die actief zijn in de vroege ontwikkeling. Degenen die verband houden met de ziekte van Alzheimer komen echter vooral voor in gliacellen die tijdens de late volwassenheid veranderen. Het is dus niet alleen het celtype dat ertoe doet. Het maakt ook uit wanneer bepaalde biologische programma’s in de loop van het leven meer of minder actief worden.
Een tweede werk, vrijwel gelijktijdig gepubliceerd op Wetenschapvoegt een interessant detail toe. Door de hippocampus van volwassenen van verschillende leeftijden te bestuderen, observeerde een andere groep belangrijke veranderingen in microglia, de immuuncellen van de hersenen, tussen de leeftijden van ongeveer 50 en 75 jaar, samen met modificaties van de cellen die bijdragen aan de bloed-hersenbarrière en van de driedimensionale organisatie van het genoom.
Het is een veel nauwere zoom op een ander deel van de hersenen, dat echter in hetzelfde levenstraject valt waarin de atlas van Natuur ziet de moleculaire activiteit opnieuw oplaaien. De twee onderzoeken kijken naar verschillende dingen en met verschillende instrumenten, maar ze laten allebei zien hoe de tweede helft van het volwassen leven biologisch veel bewogener is dan het oude idee van langzame en uniforme veroudering suggereert.
Een brein dat in fasen verandert
De foto die uit de studio komt, staat op Natuur het heeft daarom weinig van de klassieke rechte lijn die van groei naar achteruitgang gaat. In het begin zijn er jaren van intense transformaties. Rond de leeftijd van 24 jaar komt er een fase van relatieve stabiliteit die tientallen jaren aanhoudt. Dan, na de leeftijd van 60 jaar, beginnen verschillende celpopulaties hun activiteit opnieuw te wijzigen en vooral veranderen de ondersteunings-, beschermings- en bewakingssystemen van het zenuwweefsel.
Een scan die kan helpen beter te begrijpen waarom sommige ziekten in bepaalde levensfasen vaker voorkomen en welke cellen in welke periode het kwetsbaarst zijn. Voor de identiteitskaart worden we volwassen vanaf 18 jaar. Voor de hersenen lijkt de kalender iets minder bureaucratisch te zijn.
