Ученые из Сколтеха и их коллеги исследовали особенности регуляции нервных клеток. Знание механизмов регуляции поможет лучше понять работу здорового мозга и что идет не так при некоторых болезнях развития и онкологических заболеваниях, связанных с ошибками регуляции.
Слева — нейрон, в центре — его ядро, справа — репрессивные контакты ДНК / © Илья Плетенев / Сколтех
Работа опубликована в журнале Nucleic Acids Research. Почти все клетки одного организма содержат идентичную ДНК. Несмотря на это, даже в одном органе есть клетки разных типов, которые выглядят и ведут себя по-разному. Например, нервная ткань мозга состоит из нейронов, которые передают нервные импульсы, и глиальных клеток, которые выполняют служебные функции по поддержанию работы нейронов. Такая специализация — результат регуляции, то есть выборочной активации и деактивации, записанных в ДНК генов как на стадии развития, так и у взрослой клетки.
Один из основных механизмов регуляции активности генов основан на пространственной структуре ДНК: то, каким образом нити ДНК суммарной длиной несколько метров в каждом клеточном ядре «свернуты» в пространстве, делает возможным включение и выключение правильных генов на той или иной стадии развития клетки либо у конкретного типа или подтипа клетки. Так, в тормозных и в возбуждающих нейронах должна выполняться разная генетическая программа — нужны разные гены. И правильная «упаковка» ДНК, наряду с другими механизмами, позволяет этого добиться.
Трехмерная структура ДНК обеспечивается особыми генами: они взаимодействуют с белками, которые сворачивают молекулу необходимым образом. Если с этими генами проблема, ДНК упаковывается неправильно, регуляция генов в клетке нарушается, и это ведет к болезни. Допустим, глиальная клетка делится чаще, чем положено, и возникает раковая опухоль. Известны также болезни развития, связанные с пространственной структурой ДНК. Например, синдром Корнелии де Ланге — тяжелое заболевание, для которого характерно множество физиологических и умственных аномалий.
«Наша работа помогает лучше понять эти болезни и регуляцию активности генов в здоровых клетках, — рассказывает первый автор исследования Илья Плетенев, аспирант программы „Науки о жизни“ Сколтеха. — В данном случае мы показали, что, во-первых, у нейронов „ненужные“ гены сгруппированы: они находятся в пространстве друг рядом с другом, даже если в распрямленной цепи ДНК оказались бы далеко.
Мы предполагаем, что это позволяет надежнее их выключать белкам-репрессорам. Во-вторых, мы показали, что на ДНК нейронов и глиальных клеток в разных местах образуются петли, причем в основании петель группируются именно те гены, которые нужны клетке того или иного типа, что предположительно упрощает белкам-активаторам задачу их одновременного включения». Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.
