Une étude sur les primates sauvages établit un lien entre l’importance de l’environnement social et les marqueurs moléculaires de l’âge dans le cerveau


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  • À mesure que les gens vieillissent, le maintien d’un environnement social positif et prévisible devient de plus en plus important. Par exemple, le maintien de liens étroits avec les amis et la famille a été identifié comme l’un des ingrédients clés d’un vieillissement en bonne santé.

    Bien que certains déclins de la santé, de l’esprit et du corps soient inévitables, des études ont montré que le maintien d’un environnement social positif peut aider à conjurer certains des principaux facteurs de stress et défis du vieillissement.

    Les scientifiques s’intéressent depuis longtemps à l’exploration de ces causes profondes et à l’étude de la manière dont l’environnement pourrait fournir un moyen de ralentir le rythme auquel notre cerveau vieillit.

    « Nous n’avons toujours pas une bonne idée de la façon dont notre environnement social peut » entrer sous la peau « pour affecter notre corps et notre cerveau, mais de nombreux travaux récents ont mis en évidence des changements au niveau de la régulation des gènes – comment nos gènes sont activé et désactivé », a déclaré Noah Snyder-Mackler, professeur adjoint à la School of Life Sciences de l’Arizona State University, au Center for Evolution and Medicine et affilié au Neurodegenerative Disease Research Center de l’ASU’s Biodesign Institute.

    Et avec les nouvelles technologies disponibles, les scientifiques peuvent commencer à démêler le lien mystérieux entre la dynamique de son environnement social et les changements moléculaires dans le cerveau.

    Mais avec des études humaines difficiles à réaliser et avec des processus de vieillissement prolongés sur des décennies de la durée de vie humaine typique, des scientifiques comme Snyder-Mackler se sont tournés vers l’utilisation de nos cousins ​​génétiques les plus proches, les primates non humains, pour mieux comprendre comment notre environnement social peut modifier notre physiologie. du niveau de l’organisme jusqu’à nos gènes.

    Maintenant, dans une nouvelle étude, Snyder-Mackler et les co-premiers auteurs Kenneth Chiou (chercheur postdoctoral à l’ASU) et Alex DeCasien (anciennement à l’Université de New York, maintenant chercheur postdoctoral à l’Institut national de la santé mentale) ont mené une recherche internationale équipe

    qui a démontré que, dans une population de singes macaques, les femelles ayant un statut social plus élevé avaient des profils moléculaires plus jeunes et plus résistants, fournissant un lien clé entre l’environnement social et des cerveaux sains.

    Ce travail a été mené chez des macaques rhésus, qui « sont les espèces modèles de primates non humains les mieux étudiées en médecine. changements du système et une altération globale des fonctions comportementales, sensorielles et cognitives », a déclaré Snyder-Mackler.

    L’équipe comprenait des collaborateurs clés du Caribbean Primate Research Center / University of Puerto Rico, de l’Université de Washington, de l’Université de Pennsylvanie, de l’Université d’Exeter, de l’Université de New York, de l’Université centrale de Caroline du Nord, de l’Université de Calgary et de l’Université de Lyon. L’étude a été publiée dans la revue Neurosciences naturelles et financé par le National Institute on Aging, le National Institute of Mental Health, la National Science Foundation et le National Institutes of Health Office of Research Infrastructure Programs.

    « Cette étude s’appuie sur plus de 15 ans de travail de notre équipe sur les interactions entre le comportement social, la génétique et le cerveau chez les macaques de Cayo », a déclaré Michael Platt, professeur à la Perelman School of Medicine, School of Arts and Sciences et Wharton Business School à l’Université de Pennsylvanie. « Les découvertes faites par notre équipe démontrent la valeur de tout le travail acharné et des ressources investies dans cette étude à long terme. »

    « L’étude montre la valeur de la création de réseaux de collaboration à long terme entre les institutions », a ajouté James Higham, professeur d’anthropologie à l’Université de New York. « Le financement à long terme de ces réseaux est la clé pour permettre des découvertes multidisciplinaires importantes dans les populations animales naturalistes. »

    Environnement social et biologie du vieillissement

    Un thème général du laboratoire de Snyder-Mackler est d’étudier les causes profondes et les conséquences de la variation de l’environnement social, examinées à des échelles allant de minuscules molécules jusqu’à l’organisme entier.

    Au cours de la dernière décennie, les nouvelles technologies génomiques ont poussé les chercheurs à sonder ces interactions à un niveau sans précédent pour explorer cette interaction dynamique entre l’environnement et le génome. Une adversité sociale ou environnementale peut-elle imiter la vieillesse au niveau moléculaire ? La réponse est un oui décidé. L’équipe de Snyder-Mackler a récemment publié (10.1073/pnas.2121663119) l’une des premières études montrant que les individus qui ont subi une catastrophe naturelle, en particulier un ouragan, avaient un système immunitaire moléculairement plus ancien.

    Le groupe qu’ils ont étudié est une population de macaques rhésus en liberté vivant sur l’île isolée de Cayo Santiago, à Porto Rico. Les animaux vivent sur l’île depuis 1938 et sont gérés par le Caribbean Primate Research Center (CPRC).

    Pour établir les liens entre le statut social et le fonctionnement interne du cerveau, l’équipe a entrepris deux études complémentaires : 1) générer des ensembles de données complets sur l’expression génique à partir de 15 régions différentes du cerveau, et 2) se concentrer sur une région plus en détail au niveau unique niveau cellulaire (dans ce cas, une analyse détaillée dans une seule région du cerveau, le cortex préfrontal dorsolatéral (dlPFC), une zone du cerveau longtemps associée à la mémoire, à la planification et à la prise de décision. Ce travail a été complété par des observations comportementales détaillées et la collecte de données sur 36 animaux d’étude (20 femelles et 16 mâles).

    Modèles émergents

    Lorsqu’ils ont regroupé chaque échantillon de région cérébrale par âge, 8 groupes distincts de gènes se sont démarqués. Parmi les plus intéressantes figuraient celles impliquées dans les processus métaboliques, la signalisation cellulaire et les réponses immunitaires et au stress.

    « Nous avons fini par identifier des milliers de gènes présentant des différences liées à l’âge dans les schémas d’expression, dont environ 1 000 qui présentent des schémas très cohérents dans tout le cerveau », a déclaré Chiou.

    Ensuite, ils se sont concentrés sur leur analyse pour agrandir la zone du cortex préfrontal du cerveau au niveau d’une seule cellule.

    « Nous avons complété nos données d’expression génique à l’échelle du cerveau avec des mesures de l’expression des gènes dans 71 863 cellules individuelles dans le dlPFC sur 24 femelles couvrant la durée de vie du macaque », a déclaré Chiou.

    Les données d’expression génique leur ont permis de classer chaque cellule individuelle en huit grands types de cellules neurales (par exemple, les neurones excitateurs, la microglie, etc.), puis de les analyser davantage en 26 types et sous-types de cellules distincts dans la région cérébrale du dlPFC.

    Ils ont également révélé de forts parallèles entre les signatures d’expression génique du macaque et de l’homme liées à l’âge. Certaines de ces variations étaient spécifiques aux régions associées aux maladies neurologiques dégénératives, tandis que d’autres reflètent des schémas neurologiques conservés associés à l’âge avancé dans l’ensemble du cerveau.

    Par rapport aux données sur la souris et le cerveau humain, les voies montrant les plus grandes similitudes dans la variation liée à l’âge entre les régions étaient au cœur de la communication de cellule à cellule cérébrale (transmission synaptique chimique, partagée entre cinq régions), la croissance cérébrale (régulation négative de neurogenèse, partage entre trois régions) et un gène clé de la régulation cérébrale de la croissance et de la mort cellulaire (régulation positive du facteur de nécrose tumorale, une cytokine pro-inflammatoire, partagée entre trois régions).

    Mais toutes les découvertes n’ont pas trouvé de parallèles chez l’homme, ce qui suggère qu’il pourrait y avoir des causes profondes de certaines maladies neurodégénératives qui font également partie de ce qui nous rend uniquement humains.

    Ces différences clés entre les effets de l’âge chez les macaques et les humains pourraient aider à expliquer les mécanismes uniques sous-jacents à certaines maladies neurodégénératives humaines.

    Parmi les voies biochimiques montrant la plus grande divergence d’âge entre les régions figuraient les voies énergétiques (chaîne de transport d’électrons / phosphorylation oxydative, trouvées dans quatre régions). Fait intéressant, les maladies neurodégénératives humaines, telles que la maladie de Parkinson (quatre régions), la maladie de Huntington (trois régions) et la maladie d’Alzheimer (une région), étaient associées à certains des ensembles de gènes les plus divergents entre les humains et les singes.

    « Cela suggère que, bien que les voies de neurodégénérescence chez l’homme diffèrent de celles des macaques dans leurs profils d’âge dans certaines régions, elles présentent toujours un fort chevauchement avec l’adversité sociale, parallèlement aux liens épidémiologiques chez l’homme entre l’adversité sociale et les maladies neurodégénératives », a déclaré DeCasien.

    Le vieillissement est associé à la variation de l’environnement social

    Ensuite, l’équipe a appliqué ses données aux aspects sociaux du vieillissement des macaques, qui présentent plusieurs caractéristiques uniques. Chez les macaques femelles, le rang de dominance (l’analogue singe du statut social) est hérité de leur mère et, pour la plupart, reste stable tout au long de leur vie. Ceci est très différent du schéma observé chez les macaques mâles, qui quittent leurs groupes lorsqu’ils grandissent et entrent dans leurs nouveaux groupes au bas de la hiérarchie avant de monter en grade à mesure que leur mandat dans le nouveau groupe s’allonge.

    « Les preuves chez l’homme et d’autres espèces sociales suggèrent que la variabilité du risque, de l’apparition et de la progression des morbidités liées à l’âge s’explique en partie par la variation de l’adversité sociale », a déclaré Snyder-Mackler. « Chez les macaques femelles, par exemple, un faible statut social est associé à une mortalité accrue, et ses effets sur l’expression génique des cellules immunitaires sont similaires aux signatures d’expression génique du vieillissement chez l’homme. »

    Ensuite, ils ont voulu déterminer si l’adversité sociale pouvait être liée aux signatures moléculaires de l’âge dans le cerveau des macaques. Ils ont découvert que l’effet du rang sur l’expression des gènes était particulièrement influencé par les profils moléculaires plus jeunes chez les femmes de haut rang, ce qui suggère que les associations entre un rang plus élevé et un âge cérébral plus jeune ne sont pas exprimées de manière linéaire le long de la hiérarchie sociale, mais sont plutôt spécifiques aux femmes les plus haut rangs. . Un statut social élevé peut conférer plusieurs avantages, notamment un accès accru aux ressources, des environnements plus prévisibles et une diminution du harcèlement de la part des camarades de groupe.

    « Nos découvertes fournissent certaines des premières preuves de parallèles moléculaires entre le vieillissement et l’adversité sociale dans le cerveau, fournissant un mécanisme clé reliant les environnements défavorables (ou au contraire bénéfiques) et l’apparition plus précoce et la progression plus rapide du déclin cérébral et de la maladie liés à l’âge.  » dit DeCasien.

    Dernières pensées

    Ces atlas et résultats fourniront désormais des cibles précieuses pour de futures études dans un modèle traitable et cliniquement important de la santé humaine et du vieillissement.

    Ces liens ont potentiellement une explication causale ; le stress chronique de l’adversité sociale, par exemple, a été proposé pour accélérer le vieillissement en favorisant l’inflammation chronique d’un système immunitaire affaibli. Leurs travaux soulignent l’importance de considérer l’environnement social comme un modificateur clé du vieillissement et de la santé.

    « Il ne fait plus aucun doute que la vie sociale des humains et des autres animaux vivant en groupe est inexorablement liée au reste de leur biologie », a déclaré Lauren Brent, professeure agrégée de psychologie et de comportement animal à l’Université d’Exeter. « Des recherches futures passionnantes nous montreront pourquoi nos interactions avec les autres pourraient avoir un impact sur la rapidité avec laquelle nous vieillissons et si ces impacts sont réversibles.

    Et nous sommes peut-être en bonne voie d’atteindre cet objectif grâce aux données et aux conclusions de cette étude. « Pris ensemble, nos découvertes fournissent une riche ressource moléculaire cataloguant les changements moléculaires associés à l’âge dans le cerveau, chez un modèle de primate non humain vivant dans un environnement social et naturaliste complexe », a déclaré Snyder-Mackler. « Nous espérons qu’ils apporteront de nouvelles idées sur la façon dont nous pouvons tous mener une vie plus longue, plus saine et plus heureuse. »

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