Ученые узнали о неизбежном процессе разрушения ДНК для развития мозга
Ученые из Института интегрированных клеточно-материальных наук Киотского университета совместно с коллегами обнаружили, что в процессе формирования головного мозга молодые нейроны регулярно разрушают собственную ДНК для перемещения к местам конечного назначения. Об этом 21 июня сообщил журнал Science Daily.
В ходе развития мозга новообразованные клетки преодолевают путь через плотные ткани, чтобы достичь коры больших полушарий. Для этого нейронам приходится буквально протискиваться сквозь узкие зазоры между волокнами и соседними клетками. Исследователи установили, что такое механическое воздействие приводит к двунитевым разрывам — наиболее опасной форме повреждения ДНК, при которой разрезаются обе цепи двойной спирали.
Минеко Кенгаку, руководитель исследования и профессор из Института интегрированных клеточно-материальных наук Киотского университета
По-видимому, развивающийся мозг эволюционировал таким образом, чтобы эффективно переносить и восстанавливать повреждения нейронов. Но понимание пределов этой устойчивости — и того, что происходит, когда восстановление не является полным, — приближает нас к пониманию целого ряда неврологических заболеваний.
Для изучения этого процесса биологи воссоздали физические условия мозга в лаборатории, направляя нейроны через микроканалы, имитирующие узкие пространства в тканях. С помощью флуоресцентных маркеров ученые зафиксировали появление разрывов ДНК прямо во время движения. После выхода клеток из узких пространств повреждения постепенно исчезали: большая часть разрывов восстанавливалась в течение 24 часов.
Источником повреждений оказался фермент топоизомераза IIβ. В обычных условиях он временно разрезает нити ДНК, чтобы снять напряжение, возникающее при работе клетки, а затем соединяет их обратно. Однако при механическом сдавливании нейрона фермент «застревает» в процессе работы, оставляя участки ДНК разорванными. Для восстановления целостности клетка задействует механизм негомологичного соединения концов.
Ученые отметили, что нейроны справляются с такими травмами успешнее, чем раковые клетки. В нейронах разрывы локализуются в тех областях генома, которые не участвуют в критически важных функциях, что позволяет клетке сохранять работоспособность.
В рамках эксперимента на мышах ученые искусственно заблокировали работу фермента лигаза 4, отвечающего за ремонт ДНК. Взрослые особи из этой группы начали испытывать прогрессирующие проблемы с координацией движений, что характерно для ряда неврологических заболеваний человека, связанных с нестабильностью генома.
Минеко Кенгаку, руководитель исследования и профессор из Института интегрированных клеточно-материальных наук Киотского университета
Это меняет наше представление о геноме нейронов. Все нейроны происходят из одной и той же ДНК, но повреждение и восстановление ДНК могут вносить небольшие генетические различия между отдельными нейронами посредством небольшого механического процесса. Часть этой истории может быть записана в самом геноме.
Журнал Medical Xpress 15 июня раскрыл причину когнитивных нарушений после черепно-мозговой травмы. Согласно публикации, даже легкое сотрясение может запустить процесс разрушения нейронных связей.
