Вопреки одной из догм биологии, нейроны нашего мозга демонстрируют большое генетическое разнообразие.
Одна из главнейших догм современной биологии гласит, что все соматические (неполовые) клетки организма имеют совершенно одинаковый геном. В разных клетках он лишь по-разному реализуется, обеспечивая их индивидуальность и функциональность. Но оказывается, во многих случаях это – не слишком уместное упрощение.
Глубинные исследования геномов нервных клеток, проведенные за последние десятилетия, показали, что они могут иметь как больше, так и меньше стандартного для человека набора хромосом. Еще шире допустимые границы «генетической индивидуальности» нейронов раздвинула недавняя работа, проделанная американскими нейробиологами во главе с Майком Макконнелом (Mike McConnell), Айрой Холлом (Ira Hall) и Фредом Гейджем (Fred Gage). «Вопреки ранее считавшемуся, генотипы нейронов мозга не строго одинаковы», – резюмирует Фред Гейдж.
Авторы исследования изолировали около сотни нейронов человеческого головного мозга, использовав посмертные образцы, а затем «просканировали» их геномы в поисках больших удаленных или дуплицированных фрагментов, которые ведут к вариациям числа копий генов (Copy Number Variation, CNV). В самом деле, у целых 41% нейронов обнаружилось хотя бы по одной крупной CNV, в каждом случае уникальной. Получается, что эти вариации не переданы от родителей и должны были появиться в результате хромосомных перестроек у самого организма.
Секвенирование генома отдельной клетки – технически довольно сложная и ювелирная процедура, поэтому, прежде, чем объявлять о неожиданном результате работы, авторы ее около года проверяли весь процесс, чтобы отбросить все возможные источники ошибок.
Кроме того, ученые получили другие, «искусственные» нейроны, выращенные из одной-единственной клетки кожи. Эта методика используется довольно широко: индуцируется превращение клетки в плюрипотентную стволовую, ее затем размножают до нужного количества, и из них выращивают взрослые нервные клетки. Удивительным оказалось то, что эти нейроны также демонстрировали большое количество уникальных генетических вариаций, хотя и были получены из одной клетки, и должны были нести совершенно идентичные геномы!
Этот эксперимент еще раз показал, что генетические вариации появляются в ходе индивидуального развития нейронов и не передаются потомству от родителей. В рамках обширных нейронных сетей, которые обеспечивают работу нашего мозга, такие различия могут иметь весьма большое влияние. Они могут быть связаны с риском развития ряда неврологических расстройств и заболеваний. А вот задача, которую выполняют эти CNV в здоровом мозге, до сих пор непонятна.
Возможно, они увеличивают пластичность мозга, позволяя нам быстрее и лучше адаптироваться к изменчивым условиям среды, с которыми мы сталкиваемся на протяжении жизни. Возможно –затрудняют внедрение вирусных генов и снижают риск массового поражения нервных клеток. Чтобы проверить эти гипотезы, ученые проводят эксперименты с нейронами, полученными из стволовых клеток.
Логично было бы предположить, что разница в ДНК приводит к тому, что различные нейроны продуцируют и уникальный состав РНК и белков. К сожалению, исследовать эти процессы на уровне индивидуальной клетки пока невозможно. «Только если и когда новые методы будут применимы к отдельным клеткам, мы сможем узнать, создают ли эти разные геномы и различные транскриптомы –комплекты полученных из ДНК молекул РНК», – говорит Макконнелл.
Наука
Илон Маск
