Генетически разнообразный мозг
Мозг умеет менять свою ДНК
Алексей Тимошенко, GZT.RU
Клетки мозга генетически разнородны. Нейробиологи и генетики из США и Испании, предлагают уникальное объяснение природы личности человека. Работа ученых кардинально меняет многие из устоявшихся представлений.
Исследователи, опубликовавшие в журнале Nature свою статью, сделали открытие, которое противоречит большинству учебников физиологии и общей биологии. Раньше считалось, что все клетки человека несут один и тот же набор генов. Сегодня ученые обнаружили прямо противоположное: клетки, из которых формируется головной мозг человека, подвергаются в ходе своего развития генетическим модификациям и их ДНК вовсе не одинакова.
Химерный мозг
О том, что тело человека может состоять из клеток с разными генетическими наборами, ученые знали и раньше. Например, летом 2009 года появилось сообщение о том, что человеческая кровь иногда несет не такую ДНК, какая находится в других тканях. Знали исследователи и о том, что какое-то количество клеток матери может попасть в организм ребенка: большинство людей по этой причине также «химерны».
(Химера – мифическое чудовище, составленное из разных животных – льва, козы и дракона. Химерными организмами биологи называют такие, которые несут в себе генетически разнородные клетки.)
Группе во главе с Фредом Гейджем удалось открыть кое-что иное. Во-первых, ученые выявили генетическое разнообразие в мозге и, во-вторых, показали, что случайно попавшие в организм клетки матери тут ни при чем. Фред Гейдж и его коллеги открыли механизм, который меняет геном будущих нервных клеток. Судя по результатам исследования, эти изменения играют очень важную роль в работе мозга.
Прыжки по ДНК
Образно выражаясь, геном человека можно представить в виде нескольких десятков книг, каждая из которых – одна хромосома и в каждую из которых входит около 20 тысяч глав, генов. Каждая глава описывает, как синтезировать определенную молекулу, В итоге по этим инструкциям клетки организма собирают все необходимое для жизни. Набор глав (генов) уникален и, как считали когда-то биологи, раз и навсегда зафиксирован сразу после оплодотворения яйцеклетки. Кто-то получает генетические инструкции по синтезу большого количества меланоцитов в коже (тогда кожа становится темной), кто-то – набор ферментов для более эффективного расщепления молочного сахара (это позволяет усваивать молоко), а кому-то не повезет и в одной из «глав» будет описан белок, наличие которого приведет к повышенному риску развития ожирения.
Эти инструкции оставались незыблемыми довольно недолго. Биологи же выявили так называемые ретротранспозоны – куски ДНК, способные самостоятельно перемещаться с места на место. В книжной аналогии это выглядело бы так, как если бы часть текста внезапно переместилась из начала книги в середину или даже в конец, что существенно влияет на общий смысл происходящего в книге, точнее, в жизни. У кукурузы, например, такие прыжки транспозонов по ДНК приводят к изменению окраски отдельных зерен (W.P.Armstrong 2000; фото с сайта waynesword.palomar.edu).
Еще не так давно считалось, что около 600 тысяч копий ретротранспозонов в организме человека серьезного влияния на такую деликатную сферу, как работа мозга, не оказывают. Это мнение теперь признано ошибочным.
Перемена свершится не в умах, но в генах
Экспериментируя с клетками человеческого мозга, ученые выяснили, что перемещения фрагментов ДНК, ретротранспозонов, происходят и в них. Продемонстрировать этот эффект было непросто: исследователям пришлось поместить в ДНК специальную метку, которая активировалась только при копировании и вставке ретротранспозона и при этом запускала синтез флуоресцентного белка.
Наличие флуоресцирующих зеленых меток в выращенных культурах клеток позволило не только подтвердить гипотезу об изменчивости ДНК в головном мозге. Ученые попутно установили, что эти изменения затрагивают именно нейроны, а не клетки, играющие вспомогательную роль и обеспечивающие нейроны питанием. Кроме того, удалось показать и то, что период активности ретротранспозонов длится всего несколько суток – это тоже стало открытием.
Таким образом, если в развивающемся организме на какое-то очень короткое по сравнению с полным сроком беременности время включается механизм, обеспечивающий генетическое разнообразие, то с высокой вероятностью это означает, что такое включение не случайно. Возможно, именно таким образом обеспечивается человеческая (да и не только) индивидуальность, ведь даже у близнецов с изначально одинаковой ДНК мозг построен из генетически разнородных клеток.
Важно отметить, что эта работа проведена на человеческих, а не на мышиных или крысиных клетках. Получение человеческих клеточных культур сложнее и связано с большим числом этических ограничений, но зато и результаты получаются намного приближенными к людям.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
01.09.2009