Мозг каждого человека уникален, даже у близнецов, идентичных по всем остальным признакам, строение этого органа индивидуально. Группе генетиков Института биологических исследований им. Салка, г. Сан-Диего, США удалось частично разгадать загадку невероятного многообразия строения и функций головного мозга.

Ключом к разгадке являются мобильные или «прыгающие» генетические элементы – фрагменты ДНК, способные перемещаться из одного места генома в другое, случайным образом изменяя генетическую информацию отдельных нервных клеток. Возникновение определенного количества таких изменений и приводит к формированию индивидуальности головного мозга.

С помощью таких мобильных элементов достигается разнообразие нейронов как по морфологии, так и по выполняемым ими функциям и последующий отбор наиболее жизнеспособных клеток. Этот процесс характерен только для головного мозга и не затрагивает другие органы.

Клетки эмбрионального головного мозга, впоследствии превращающиеся в нейроны, не отличаются друг от друга ни морфологически, ни функционально. Но, в конечном счете, они дают начало огромному разнообразию клеток, формирующих головной мозг и различающихся как по форме, так и по выполняемым функциям. Расшифровка механизмов формирования этого многообразия давно волновала умы исследователей. Ранее было высказано предположение, что процессы формирования различий клеток головного мозга схожи с процессами формирования иммунных клеток организма.

В иммунной системе гены, кодирующие антитела, перетасовываются и комбинируются, что позволяет организму синтезировать множество отличных друг от друга антител, способных распознавать неограниченное количество антигенов – чужеродных организму агентов.

Для начала авторы изучили поведение человеческого мобильного генетического элемента LINE-1 или L1 в культуре крысиных нервных клеток-предшественников. После этого помеченные специальным красителем элементы L1 были введены мышам. Каждый раз, когда L1 менял свою локализацию, клетка, в геном которой он встраивался, начинала светиться зеленым. Через некоторое время светящиеся клетки появлялись по всему объему головного мозга животных, это подтверждает, что изучаемый процесс в действительности происходит в живом организме и не может быть артефактом, проявляющимся в культуре клеток.

Перемещающиеся L1 элементы или «прыгающие гены» составляют до 17% ДНК, но известно о них совсем не много. Большинство из них не способны перемещаться из-за мутаций, нарушающих их функции, но в человеческом организме около сотни таких элементов еще не потеряли способность к смене места локализации. Ранее эти фрагменты относили к «бесполезной ДНК», они считались внутриклеточными паразитами либо атавизмами нашего эволюционного прошлого.

То, что элементы L1 активны в яичниках и яичках, было известно ранее. Этот факт объясняет их потенциальную роль в эволюции с помощью передачи новых ДНК-включений будущим поколениям.

Кроме зародышевых клеток в женских и мужских половых органах и клеток взрослого головного мозга подвижность изучаемых элементов характерна также для нейронов, находящихся на ранних стадиях развития. Исследователи обнаружили генетические вставки, образованные мобильными элементами, только в клетках-предшественниках, уже прошедших первые этапы дифференцировки в нервные клетки. Гены других типов клеток, входящих в структуру головного мозга, таких как олигодендроциты и астроциты, подобных вставок не содержат.

В зародышевых клетках копии L1 встраиваются в геном более менее случайным образом. А в нервных предшественниках эти мобильные элементы каким-то образом распознают гены, активные именно в нейронах. Возможно, когда клетка вступает на путь дифференцировки, ее гены становятся доступными для L1, а даже единичное встраивание фрагмента ДНК изменяет экспрессию генов и, соответственно, функции индивидуальной клетки.

Еще рано делать выводы о том, как часто мобильные генетические элементы перемещаются в нервных клетках человека, каким образом происходит регуляция этого процесса и что происходит при его нарушениях. Кроме того, помимо изучаемого L1 существует еще множество мобильных генетических элементов, функции которых могут несколько отличаться. На все эти вопросы исследователям еще предстоит найти ответы.

Источник новости: Bio.com

Пересказала Е. Рябцева