21.09.2018
нейроны мозга человека

Все нейроны генетически разные

Рейтинг:  5 / 5

Звезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активна
 

В течение нескольких последних десятилетий произошло много попыток установить генетические причины неврологических и психических заболеваний – от шизофрении до аутизма, пишет Scientific American.

Но гены, которые до сих пор удалось связать с этими расстройствами, предоставляют лишь поверхностные указания. Даже важнейшие генетические факторы риска, которые удалось установить для аутизма, ответственные лишь за несколько процентов случаев.

Больше всего разочаровывает то, что ключевые мутации, которые значительно увеличивают риск развития этих заболеваний, обычно очень редкие и только изредка передаются потомкам. Более распространены мутации, в свою очередь, связаны с небольшими рисками (их значимость, однако, увеличивается, если их рассматривать в масштабах целой популяции). Пробел между генетическими факторами риска и нервными и психическими заболеваниями долгое время не давал покоя ученым. И только недавно появилось понимание того, что именно может восполнять этот пробел. Речь при этом идет об идее, которая переворачивает фундаментальные основы биологии и восхищает ученых совершенно новой исследовательской перспективой.

Общепринятая догма заключается в том, что в ядре каждой клетки присутствует одинаковый геном. Но последние исследования доказывают, что на самом деле это не так. Сразу несколько источников спонтанных мутаций в соматических (неполовых) клетках приводят к тому, что в теле каждого индивида присутствуют много геномов. Биологи называют это явление соматическим мозаицизмом.

«Еще десять лет назад такая идея считалась бы чем-то из области научной фантастики, – говорит биохимик Джеймс Ебервайн из Университета Пенсильвании. – Нас учили в школе, что каждая клетка имеет одинаковую ДНК, но это не так».

Ученые склоняются к мысли, что соматический мозаицизм наиболее проявляется именно в мозге. Именно он, пожалуй, является тем недостающим звеном, которое до сих пор не позволяла объяснить, как гены влияют на развитие психических и нервных заболеваний.

Два года назад для изучения явления соматического мозаицизма была сформирована Сеть исследования соматического мозаицизма мозга (The Brain Somatic Mosaicism Network, BSMN). 27 апреля исследователи BSMN опубликовали статью в журнале Science с описанием методологии исследования генетического разнообразия нейронов и установления связей между этим многообразием и рядом неврологических заболеваний. Национальный институт психического здоровья выделил 30 млн долларов на финансирование исследований BSMN сроком на три года, два из которых уже прошли.

BSMN состоит из 18-ти исследовательских команд, которые работают в 15-ти американских научных институтах. Каждая из команд изучает образцы тканей человеческого мозга, взятые от здоровых людей и лиц с различными психическими и нервными заболеваниями, в частности шизофренией, аутизмом, биполярным расстройством, синдромом Туретта и эпилепсией.

Предыдущие исследования установили распространенность явления соматического мозаицизма. В частности, ученые обнаружили сотни изменений в отдельных буквах генетического кода (т.н. однонуклеотидные варианты, SNV) в нейронах мозга мыши. В другом исследовании ученые подтвердили почти тысячу таких изменений в человеческих нейронах. Результаты этих исследований свидетельствуют о том, что соматический мозаицизм является скорее правилом, чем исключением, и потенциально каждый нейрон имеет разный геном.

Главная причина соматических мутаций связана с ошибками при репликации ДНК, которые наступают при делении клетки. В процессе развития мозга происходит десятков миллиардов мутаций нервных прогениторных клеток (взрослый мозг содержит примерно 80 млрд нейронов). Как следствие, ДНК в каждой отдельной клетке мозга отличается от генетического образца, что несет информацию про все функции организма. Генетическое секвенирование обычно не охватывает соматических мутаций в каждой клетке.

«Вы получаете что-то вроде усредненного генома человека, который не учитывает каких-либо специфических для мозга мутаций», – говорит ведущий автор исследования Майкл МакКоннел из Вирджинского университета.

Исследование 2012 года выявило соматические мутации в мозге детей с гемимегаленцефалией (редкой патологией, во время которой одно полушарие мозга увеличена, что приводит к эпилепсии и умственной отсталости). Важно, что мутации обнаружили в ткани мозга, однако их не было в крови и даже в непораженных участках мозга (в пораженных они встречались в 8-35% клеток). Такие исследования доказывают, что соматические мутации могут вызывать пролиферацию специфических популяций клеток, которые приводят к порокам развития коры. А это наводит на мысль, что соматические мутации могут играть роль и в более комплексных заболеваниях.

Во взрослом мозге нейроны перестают делиться и являются одними из самых долговечных клеток в организме. Поэтому не вызывает удивления то, что мутации имеют шанс «застрять» именно в мозге. «Клетки кожи или кишечника обновляются в течение месяца или даже недели, поэтому соматические мутации там не задерживаются – если, конечно, это не раковые мутации, – говорит Майкл МакКоннел. – Зато мутации в клетках мозга могут остаться с вами на всю жизнь». Эти мутации могут повлиять на функционирование нервных сетей, увеличивая риск развития нервно-психических расстройств. «Именно эту гипотезу нужно проверить. Для этого надо секвенировать ДНК в клетках мозга пациентов с соответствующими заболеваниями и контрольной группы. Это позволит сформировать карту соматических мутаций, которые могут лежать в основе той или иной болезни. – говорит Эбервайн. – Изучение этих механизмов является критически важным для нейронауки».

  1. Последние
  2. Популярные
Загрузка...

Новости технологий сегодня

Самые популярные метки