第一张大脑代谢物图谱:衰老的过程,大脑会发生哪些变化?

【字体: 时间:2021年10月19日 来源:Nature Communications

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  由加州大学戴维斯分校的研究人员领导的一个团队发表了第一张老鼠大脑代谢物图谱。该数据集包括实验室雄性和雌性小鼠10个大脑区域的1547个不同分子,从青春期到成年期,再到老年期。完整的数据集可以在网上公开。

  
   

A Map of Metabolism in the Aging Mouse Brain    

小鼠脑代谢组图谱数据截图显示,随着年龄的增长,腺苷在大脑区域的分布。这些资源将帮助其他科学家解释研究结果并开展新的研究。


由加州大学戴维斯分校的研究人员领导的一个团队发表了第一张小鼠大脑代谢物图谱。该数据集包括实验室雄性和雌性小鼠10个大脑区域的1547个不同分子,从青春期到成年期,再到老年期。这项研究发表在10月15日的《自然通讯》(Nature Communications)上。完整的数据集可在https://mouse.atlas.metabolomics.us/上公开获得。

“这是世界范围内对大脑进行的最大的代谢组分析。它涵盖了1547种已确认的代谢物,能够分析大脑中能量、神经递质或复杂脂类的许多化学转换,”加州大学戴维斯基因组中心西海岸代谢组学中心主任、论文资深作者奥利弗·菲恩教授说。

代谢组学是研究活细胞代谢的化学指纹图谱的学科。它使用先进的高通量技术来分离和识别细胞、组织或器官在给定时间内存在的所有不同化学物质或代谢物。除了基因组学、转录组学和蛋白质组学,这些技术让科学家们能够更好地了解细胞和组织内部发生的事情。

博士后Jun Ding、Fiehn和他的同事分别在3周(青春期)、16周(早期成年)、59周(中年)和92周(老年)的小鼠中取样。他们观察了10个功能不同的大脑区域。Fiehn说,新的图谱可以用来更好地理解这些不同的功能。

Fiehn说,研究结果显示,大脑代谢组明显不同于大脑的大区域,如控制呼吸和血压等重要功能的脑干和控制动作、语言和思维的大脑。此外,特定的部分显示与特定受体相关的高浓度代谢物,如腺苷、神经酰胺和磷脂醚。

他们没有发现雄性和雌性小鼠的大脑有任何显著的代谢差异。

衰老大脑的代谢物

当研究小组比较不同年龄的动物时,他们发现,总体而言,成年小鼠大脑各部分之间的代谢差异最大。不同地区之间的差异在青春期比较小,在年龄很大的时候更小。

“在很老的时候,能量功能似乎不那么有效,围绕着轴突或大脑线路的髓鞘改变了成分,”Fiehn说。

脂质分子在不同年龄和不同大脑区域间表现出很大的差异。这些脂类值得专门研究,以了解它们与大脑功能的变化(例如信号传导)之间的关系。

他说,在年龄很大的时候,对抗氧化应激的反应系统变得非常活跃,而蛋白质开始以更快的速度分解成肽。这些变化反映在代谢组中。

这项工作是与加州大学戴维斯分校老鼠生物学项目合作进行的,该项目由Kent Lloyd教授领导。

“这篇具有里程碑意义的论文清楚地展示了实验室老鼠作为模型的力量,以加速我们对大脑代谢的理解,包括尤其是人类,”Lloyd说。

Nature Communications

DOI

10.1038/s41467-021-26310-y

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