Наш мозг содержит удивительное разнообразие ДНК. Несмотря на то, что нас учат, что каждая клетка нашего тела имеет одинаковую ДНК, на самом деле большинство клеток мозга имеют изменения в своей ДНК, которые делают каждый нейрон немного другим.
Теперь исследователи из Института Солка и их сотрудники показали, что один источник этой вариации – называемый длинными вкраплениями ядерных элементов или L1 – присутствует в 44-63 процентах здоровых нейронов и может не только вставлять ДНК, но и удалять ее. Ранее было известно, что эти L1 представляют собой небольшие кусочки ДНК, называемые “прыгающие гены” которые копируют и вставляют себя по всему геному, но исследователи обнаружили, что они также вызывают большие делеции целых генов. Более того, такие вариации могут влиять на экспрессию генов, которые имеют решающее значение для развивающегося мозга.
Результаты, опубликованные 12 сентября 2016 года в журнале Nature Neuroscience, могут помочь объяснить, что делает каждого из нас уникальным – например, почему даже однояйцевые близнецы могут так сильно отличаться друг от друга – и как прыгающие гены могут пойти не так и вызвать болезни.
“В 2013 году мы обнаружили, что разные нейроны в одном и том же мозге имеют разные комплексы ДНК, предполагая, что они функционируют немного по-разному друг от друга даже в пределах одного человека,” говорит старший научный сотрудник исследования Расти Гейдж, профессор лаборатории генетики Солка и заведующий кафедрой Ви и Джона Адлера по исследованиям возрастных нейродегенеративных заболеваний. “Это недавнее исследование обнаруживает новую и удивительную форму вариаций, которая поможет нам понять роль L1 не только в здоровом мозге, но и в тех, кто страдает шизофренией и аутизмом.”
В 2005 году команда Гейджа открыла L1 как механизм разнообразия генома в головном мозге. Однако только после того, как стало возможным секвенировать весь геном отдельной клетки, ученые смогли разобраться в количестве и природе этих вариаций. Используя секвенирование одной клетки, подробно описанное в статье Science за 2013 год, группа Гейджа показала, что большие фрагменты ДНК были вставлены или удалены в геномы клеток.
Но даже в этом исследовании механизмы, ответственные за возникновение вставок и делеций, были неясными, что затрудняло расшифровку того, были ли определенные участки генома более или менее подвержены изменениям, а также связаны ли прыгающие гены с делециями.
В новом исследовании Гейдж, соавторы Дженнифер Эрвин и Апуа Пакула, и соавторы разработали метод для лучшего захвата L1-ассоциированных вариантов в здоровых нейронах для секвенирования и создали вычислительный алгоритм, позволяющий различать вариации с большей точностью, чем раньше.
Используя стволовые клетки, которые заставляют дифференцироваться в нейроны в чашке, команда обнаружила, что L1 склонны к разрывам ДНК. Это потому, что определенный фермент, который проедает пятна L1 в геноме, особенно активен во время дифференцировки. Группа обнаружила, что люди наследуют некоторые L1 от своих родителей, и фермент, по-видимому, разрезает около этих пятен.
“Удивительно то, что мы думали, что все L1 могут вставлять в новые места. Но тот факт, что они вызывают делеции, означает, что они влияют на геном более значительным образом,” говорит Эрвин, научный сотрудник группы Гейджа.
Гейдж считает, что разнообразие может быть полезно для мозга – в конце концов, около половины клеток нашего мозга имеют большие фрагменты отсутствующей или вставленной ДНК, вызванные одними только L1, – но слишком много этого может вызвать болезнь.
Недавние данные показали, что нейроны, полученные от людей с шизофренией или редким расстройством, связанным с аутизмом, синдромом Ретта несут больше, чем обычно, количество вариаций L1 в своих геномах. В новом исследовании команда исследовала связанный с шизофренией ген под названием DLG2, в котором введение вариаций L1 может изменить экспрессию гена и последующее созревание нейронов. Группа планирует изучить роль вариаций L1 в других генах и их влияние на активность мозга и болезни.
Меня тут рыбак в лодке на закате (58 фото) заинтересовал, мне кажется такая информация порадует и заинтересует очень многих. По этому, если вам это интересно, то стоит обязательно посмотреть.