В клетках головного мозга найдено много мутаций
Разные клетки головного мозга человека имеют разные геномы. В ходе нового исследования впервые было показано, что мутации присутствуют в значительном количестве в мозге здоровых людей. Чаще всего они появляются в генах, которые нейрон использует наиболее активно.
По мере роста человека, геномы в нейронах его головного мозга начинают различаться. К такому выводу пришли ученые из Гарвардской медицинской школы (Harvard Medical School) и Бостонской детской больницы (Boston Children's Hospital).
Исследование, результаты которого опубликованы 2 октября 2015 г. в журнале «Наука» (Science), впервые показало, что в нейронах головного мозга здорового человека в большом количестве присутствуют мутации. Это открытие закладывает основу для дальнейшего изучения роли этих мутаций в развитии человека и возникновении заболеваний.
«В последнее время многие задавались вопросом о том, могут ли соматические мутации способствовать развитию нервных, в частности, нейродегенеративных, заболеваний. Но несовершенство технологий до сих пор не позволяло получить ответ», - говорит соавтор исследования Питер Парк (Peter Park), специалист в области биомедицинской информатики.
На этот раз ученые решили изучить полный геном отдельных нервных клеток при помощи современных методов точного анализа данных. Они обнаружили, что мутации чаще происходят в генах, которые используются наиболее активно. Также исследователи смогли проследить «родословную» нейронов на основе обнаруженных мутаций.
Кристофер А. Уолш (Christopher A. Walsh), соавтор исследования, профессор педиатрии и неврологии, руководитель отдела генетики и геномики в Бостонской детской больнице, объясняет:
«Мутации несут долговременную память о том, откуда произошла нервная клетка, что было прежде.
Эта работа доказывает, что, если бы у нас было желание и неограниченные ресурсы, мы могли бы декодировать всю картину развития человеческого мозга.
Я считаю, что этот метод мог бы пролить свет на возрастные заболевания и помочь понять, чем наш мозг отличается от мозга других животных».
Родословная нейронов
Ученым известно, что мутации, которые передаются по наследству, причастны к возникновению таких заболеваний, как аутизм, шизофрения, болезнь Альцгеймера. Эти генетические нарушения возникают в яйцеклетках и сперматозоидах, дети наследуют их от своих родителей.
Существуют и другие, ненаследуемые, мутации, которые возникают в клетках тела в течение жизни. До настоящего момента ученые даже не знали, присутствуют ли они в головном мозге в достаточном количестве, чтобы вызывать какие-либо нарушения.
На этот раз исследователи решили изучить особую разновидность мутаций – одиночные нуклеотидные варианты. Каждый из таких вариантов может возникнуть в нескольких или всего в одной клетке. Ученые проанализировали 36 нейронов, взятых от троих умерших людей в возрасте 15, 17 и 42 года, не страдавших заболеваниями головного мозга.
Было обнаружено, что каждый нейрон содержит примерно 1500 одиночных нуклеотидных вариантов.
Затем ученые сравнили гены нервных клеток друг с другом и с генами клеток сердца. Это помогло понять, какие мутации присутствуют во всех нервных клетках и других частях тела. Было проведено исследование разных частей головного мозга с целью обнаружения аналогичных мутаций.
Полученные данные помогли сделать предположения о происхождении нервных клеток. Если в двух нейронах присутствуют одни и те же мутации, то, скорее всего, они происходят от одной клетки-предшественницы. Если же совпадает лишь часть мутаций, то их пути в определенный момент времени разошлись.
Профессор Уолш объясняет: «Если мутация возникла очень рано, то она будет присутствовать и в головном мозге, и в других частях тела. Если же она возникла позже, то мы сможем обнаружить ее лишь в некоторых частях головного мозга».
Изучая закономерности мутаций и расположение нервных клеток в мозге, можно проследить «родословную» некоторых нейронов вплоть до определенного дня эмбрионального развития.
Износ генов
Мутации могут вызывать многие факторы. Например, в клетках кожи генетические нарушения происходят при воздействии ультрафиолетового излучения. К мутациям приводят ошибки во время репликации (удвоения) ДНК в процессе деления клетки.
«Мы полагали, что основной причиной мутаций в головном мозге будут ошибки репликации ДНК. Но оказалось, что нарушения возникают не во время деления клетки, а тогда, когда она использует ген для синтеза соответствующего белка, - говорит профессор Уолш, - Часто говорят: ”то, что не работает - атрофируется”. Но получается нечто противоположное. Каждый раз, когда гены вашего мозга начинают активно работать, появляется определенный риск мутаций».
Ученые пришли к выводу о том, что мутации в головном мозге накапливаются с возрастом и могут быть причастны к развитию нейродегенеративных заболеваний.
«Оказывается, во мне полно мутаций, - говорит Питер Парк, - но я хожу и выгляжу совершенно здоровым. Просто есть вещи, которые мы пока еще не понимаем».
В ближайшем будущем ученые планируют ответить на вопросы:
- Как и почему возникают мутации в головном мозге?
- Несут ли они повреждающие или защитные эффекты?
- Насколько сильно они различаются у разных людей?
- Какие еще мутации есть в головном мозге, кроме обнаруженных?
Может быть, именно это открытие в будущем приведет к созданию эффективных лекарств против болезни Альцгеймера и других нейродегенеративных заболеваний? Время покажет. Но и сегодня, применяя доступные средства, можно держать болезнь под контролем и надолго затормозить её прогрессирование. Неврологи Юсуповской больницы знают, как помочь.
Источник: