연구에 따르면 40Hz 감각 자극이 뇌의 ‘백질’을 보존할 수 있는 방법이 밝혀졌습니다.

알츠하이머병 환자를 대상으로 한 초기 단계 실험과 이 질병의 쥐 모델을 대상으로 한 연구에서는 40Hz의 “감마” 대역 주파수에서 나타나는 빛과 소리에 대한 노출이 병리학 및 증상에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 새로운 연구에서는 40Hz 감각 자극이 축삭이라고 불리는 뉴런의 신호 전달 가지가 미엘린이라는 지방 절연체로 감싸여 있는 필수 과정을 유지하는 데 어떻게 도움이 되는지에 대해 집중적으로 조사하고 있습니다. 종종 뇌의 “백질”이라고 불리는 미엘린은 축삭을 보호하고 뇌 회로에서 더 나은 전기 신호 전송을 보장합니다.

“우리 연구실의 이전 출판물은 주로 신경 보호에 중점을 두었습니다.”라고 MIT 뇌 및 인지과학과 피코워 학습 및 기억 연구소의 피코워 교수이자 이번 연구의 수석 저자인 리-후에이 차이(Li-Huei Tsai)는 말했습니다. 네이처커뮤니케이션즈. Tsai는 또한 MIT의 Aging Brain Initiative를 이끌고 있습니다. “그러나 이번 연구는 이 방법으로 보호되는 것이 회백질뿐만 아니라 백질도 있다는 것을 보여줍니다.”

올해 MIT의 감각 자극 기술을 라이선스한 스핀오프 회사인 Cognito Therapeutics는 임상 2상 결과를 다음과 같이 발표했습니다. 알츠하이머병 저널 이는 40Hz 빛과 소리 자극이 알츠하이머병 지원자의 미엘린 손실을 상당히 느리게 한다는 것을 나타냅니다. 또한 올해 Tsai의 연구실은 감마 감각 자극이 미엘린 보존을 포함하여 화학요법 약물의 신경학적 효과를 쥐가 견디는 데 도움이 된다는 연구 결과를 발표했습니다. 새로운 연구에서 전 박사후 연구원 Daniela Rodrigues Amorim이 이끄는 Tsai 연구실의 구성원은 감각 자극이 어떻게 수초화를 보존하는지 탐구하기 위해 수초 손실에 대한 일반적인 마우스 모델(화학적 큐프리존을 포함한 식단)을 사용했습니다.

Amorim과 Tsai 팀은 40Hz 빛과 소리가 큐프리존에 노출된 쥐의 뇌에서 수초화를 보존할 뿐만 아니라 희돌기아교세포(신경 축삭을 수초화하는 세포)를 보호하고 뉴런의 전기적 성능을 유지하며 핵심 마커를 보존하는 것으로 나타났습니다. 축삭의 구조적 완전성. 팀은 이러한 이점의 분자적 토대를 조사했을 때 시냅스라고 불리는 신경 회로 연결의 보존을 포함한 특정 메커니즘의 명확한 징후를 발견했습니다. “페롭토시스(ferroptosis)”라고 불리는 희소돌기아교세포 사망 원인의 감소; 염증 감소; 그리고 새로운 미엘린이 회복될 수 있도록 미엘린 손상을 제거하는 소교세포 뇌세포의 능력이 증가합니다.

현재 아일랜드 골웨이 대학의 Marie Curie Fellow인 Amorim은 “감마 자극은 건강한 환경을 촉진합니다”라고 말했습니다. “우리가 다양한 효과를 보는 방법에는 여러 가지가 있습니다.”

연구 결과는 감마 감각 자극이 알츠하이머병 환자뿐만 아니라 다발성 경화증과 같이 미엘린 손실과 관련된 다른 질병과 싸우는 사람들에게도 도움이 될 수 있음을 시사한다고 저자는 연구에서 썼습니다.

미엘린 유지

연구를 수행하기 위해 Tsai와 Amorim 팀은 일부 수컷 쥐에게 쿠프리존이 포함된 식단을 제공하고 다른 수컷 쥐에게는 6주 동안 정상적인 식단을 제공했습니다. 그 기간의 중간쯤에 큐프리존이 수초화에 가장 심각한 영향을 미치기 시작하는 것으로 알려졌을 때 그들은 각 그룹의 일부 쥐를 남은 3주 동안 감마 감각 자극에 노출시켰습니다. 이러한 방식으로 그들은 완전히 영향을 받지 않은 쥐, 큐프리존을 받지 않았지만 감마 자극을 받은 쥐, 대조군으로 쿠프리존과 일정한(40Hz는 아님) 빛과 소리를 받은 쥐, 큐프리존과 감마 자극을 받은 쥐의 네 그룹을 나누었습니다. .

6주가 지난 후, 과학자들은 각 그룹의 쥐 뇌 전체에서 수초화 징후를 측정했습니다. 큐프리존을 섭취하지 않은 쥐는 예상대로 건강한 수준을 유지했습니다. 쿠프리존을 먹이고 40Hz 감마 감각 자극을 받지 않은 생쥐는 급격한 수준의 미엘린 손실을 보여주었습니다. 40Hz 자극을 받은 큐프리존을 먹인 쥐는 훨씬 더 많은 미엘린을 유지했는데, 이는 전부는 아니지만 일부 측정에서 큐프리존을 먹인 적이 없는 쥐의 건강 상태에 필적했습니다.

연구자들은 또한 감각 자극으로 더 잘 생존하는지 알아보기 위해 희돌기아교세포의 수를 조사했습니다. 여러 측정 결과에 따르면 쿠프리존을 먹인 쥐에서 뇌량 영역(뇌의 반구를 연결하기 때문에 신경 신호 전달의 핵심 지점)의 희돌기아교세포가 현저하게 감소한 것으로 나타났습니다. 그러나 쿠프리존을 먹이고 감마 자극을 받은 쥐에서는 세포 수가 건강한 수준에 훨씬 더 가깝습니다.

뇌량의 신경 축삭 사이의 전기생리학적 테스트에서는 감마 감각 자극이 40Hz 자극으로 치료받지 않은 채로 남겨진 큐프리존을 먹인 쥐에 비해 감마 자극을 받은 큐프리존을 먹인 쥐의 전기적 성능 향상과 관련이 있는 것으로 나타났습니다. 그리고 연구자들이 뇌의 전대상피질 영역을 조사한 결과, 축삭의 구조적 완전성을 신호하는 단백질인 MAP2가 큐프리존과 감마 자극을 받지 않은 쥐에 비해 큐프리존과 감마 자극을 받은 쥐에서 훨씬 더 잘 보존된다는 것을 확인했습니다.

분자 메커니즘

이 연구의 주요 목표는 40Hz 감각 자극이 미엘린을 보호할 수 있는 가능한 방법을 식별하는 것이었습니다.

이를 알아내기 위해 연구자들은 각 마우스 그룹의 단백질 발현에 대한 포괄적인 평가를 수행하고 큐프리존 식단과 감마 주파수 자극에 대한 노출을 기반으로 어떤 단백질이 차별적으로 발현되는지 확인했습니다. 분석 결과, 대조 자극에 노출된 cuprizone 마우스와 cuprizone-plus-gamma 마우스 사이에 뚜렷한 효과 세트가 밝혀졌습니다.

한 세트의 효과 중 가장 중요한 것은 감마 처리된 큐프리존을 먹인 쥐에서 MAP2의 증가였습니다. 또 다른 세트의 하이라이트는 대조 자극을 받은 큐프리존 마우스가 시냅스와 관련된 단백질 발현에 상당한 결핍을 보였다는 것입니다. 감마 처리된 큐프리존을 먹인 쥐는 시냅스 보존을 보여준 2019년 알츠하이머 40Hz 연구 결과를 반영하여 심각한 손실을 나타내지 않았습니다. 연구진은 시냅스 유지에 의존하는 신경 회로 활동이 미엘린 보존과 연관되어 있기 때문에 이 결과가 중요하다고 썼습니다. 뇌 조직을 직접 관찰해 단백질 발현 결과를 확인했습니다.

또 다른 단백질 발현 결과 세트는 또 다른 중요한 메커니즘인 페롭토시스(ferroptosis)를 암시했습니다. 철분의 잘못된 대사로 인해 세포 내 활성 산소종의 치명적인 축적으로 이어지는 이 현상은 cuprizone 마우스 모델의 희돌기아교세포에 대해 알려진 문제입니다. 징후 중에는 염증 반응을 유발하는 페로프토시스 관련 손상의 지표인 HMGB1 단백질 발현에서 큐프리존을 먹인 대조 자극 쥐의 증가가 있었습니다. 그러나 감마 자극은 HMGB1 수준을 감소시켰습니다.

큐프리존 탈수초화에 대한 세포 및 분자 반응과 감마 자극의 효과를 더 깊이 조사한 결과, 연구팀은 단일 세포 RNA 서열 분석 기술을 사용하여 유전자 발현을 평가했습니다. 그들은 cuprizone을 통제한 생쥐에서 성상교세포와 소교세포가 매우 염증을 일으켰으나 감마 자극이 그 반응을 진정시켰다는 것을 발견했습니다. 더 적은 수의 세포가 염증을 일으키고 조직을 직접 관찰한 결과 소교세포가 복구 효과의 핵심 단계인 미엘린 잔해를 제거하는 데 더욱 능숙해졌음을 알 수 있었습니다.

또한 팀은 40Hz 감각 자극에 노출된 큐프리존을 먹인 쥐의 희소돌기아교세포가 어떻게 더 잘 생존할 수 있었는지에 대해서도 더 많이 알아냈습니다. HSP70과 같은 보호 단백질의 발현이 증가했고, 페롭토시스를 억제하는 과정의 주요 조절자인 GPX4의 발현도 증가했습니다.

Amorim과 Tsai 외에 이 논문의 다른 저자로는 Lorenzo Bozzelli, TaeHyun Kim, Liwang Liu, Oliver Gibson, Cheng-Yi Yang, Mitch Murdock, Fabiola Galiana-Meléndez, Brooke Schatz, Alexis Davison, Md Rezaul Islam, Dong Shin Park가 있습니다. , Ravikiran M. Raju, Fatema Abdurrob, Alissa J. Nelson, Jian Min Ren, Vicky Yang 및 Matthew P. Stokes.

Fundacion Bancaria la Caixa, JPB 재단, Picower 학습 및 기억 연구소, Carol 및 Gene Ludwig 가족 재단, Lester A. Gimpelson, Eduardo Eurnekian, Dolby Family, Kathy 및 Miguel Octavio, Marc Haas 재단, Ben Lenail 및 Laurie Yoler와 미국국립보건원(National Institutes of Health)이 연구에 자금을 지원했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/08/240809135936.htm