Не все наши клетки несут одинаковую ДНК

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.