Повторяющаяся ДНК играет ключевую роль в развитии человеческого мозга и заболеваниях

Автор: Cell Genomics (2025). DOI: 10.1016/j.xgen.2025.100979

Десятилетиями большие участки человеческой ДНК считались «мусорными» и не несущими реальной функции. В новом исследовании, опубликованном в Cell Genomics, учёные из Лундского университета в Швеции показали, что повторяющаяся часть человеческого генома играет активную роль в раннем развитии мозга и может быть важна для понимания заболеваний мозга.

ДНК содержит полный набор инструкций, необходимых организму для развития и выживания, но только около 1,5% состоит из генов, кодирующих белки, которые определяют такие черты, как цвет глаз, рост и тип волос. Остальные 98,5%, когда-то списанные со счетов как «мусорная ДНК», теперь всё чаще признаются важной частью нашего генома, которая контролирует, когда и где включаются гены, влияя на развитие, клеточные процессы и даже эволюцию человека.

В Лундском университете исследователи изучают эту недооценённую часть генома. Их последнее исследование показывает, как определённые последовательности в некодирующем геноме помогают формировать развивающийся человеческий мозг.

«Основной вопрос в моей лаборатории: как человеческий мозг стал человеческим? — говорит профессор Йохан Якобссон из отдела экспериментальной медицинской науки и руководитель лаборатории молекулярной нейрогенетики. — Мы хотим знать, какие части генома способствуют уникальным человеческим функциям и как это связано с нарушениями мозга».

Повторяющаяся ДНК играет активную роль в человеческом мозге

В новом исследовании Якобссон и его команда вместе с коллегами из Копенгагенского университета, Кембриджского университета и Нью-Йоркского университета изучили сегменты повторяющихся последовательностей ДНК, называемые мобильными генетическими элементами. Иногда описываемые как «прыгающие гены», эти последовательности могут перемещаться по геному, что затрудняет их изучение.

Используя индуцированные плюрипотентные стволовые клетки и мозговые органоиды — миниатюрные упрощённые версии человеческого мозга, выращенные в лаборатории, — исследователи изучили одно конкретное семейство мобильных элементов, известных как LINE-1 (L1) транспозоны. Комбинируя технологию редактирования генов CRISPR с передовыми методами секвенирования, они смогли отключить эти последовательности и наблюдать эффекты.

«Раньше мы предполагали, что эта часть генома отключена и просто тихо сидит на заднем плане, — говорит Якобссон. — Оказывается, это заблуждение. Эти элементы не молчат; они активны в человеческих стволовых клетках и, похоже, играют важную роль в раннем развитии мозга. И мы обнаружили, что когда вы блокируете их, возникают реальные последствия».

Прыгающие гены влияют на развитие мозга

Когда L1 транспозоны были заглушены, команда наблюдала нарушения в активности генов и аномальный рост мозговых органоидов.

«С эволюционной точки зрения это может помочь объяснить, как человеческий мозг развивался иначе, чем у других приматов, — отмечает Якобссон. — Но с точки зрения болезней это также говорит нам, что эти элементы являются частью клеточного механизма и, вероятно, связаны с расстройствами. Если мы хотим полностью понять нарушения нейроразвития или нейропсихиатрические состояния, мы должны изучить эту часть генома».

Поскольку многие гены, затронутые L1 транспозонами, связаны с заболеваниями мозга, работа команды открывает новые пути для будущих исследований.

Как некодирующий геном способствует заболеваниям мозга?

Команда из Лунда продолжает эту работу через ASAP (Aligning Science Across Parkinson's) Collaborative Research Network, сотрудничая с международными партнёрами для изучения того, как мобильные элементы способствуют заболеваниям мозга, используя как клетки, полученные от пациентов, так и образцы донорской мозговой ткани.

«Это исследование указывает на то, что эти элементы — не просто эволюционные остатки, они важны для регуляции генов, активных в мозге, — заключает Якобссон. — Наш следующий шаг — исследовать образцы пациентов, от детей с нарушениями нейроразвития до взрослых с возрастными заболеваниями, такими как болезнь Паркинсона.

«Цель — понять, как эти скрытые части нашего генома способствуют заболеваниям и, в конечном счёте, как мы можем использовать эти знания для улучшения лечения».

Больше информации: Anita Adami et al, LINE-1 retrotransposons mediate cis-acting transcriptional control in human pluripotent stem cells and regulate early brain development, Cell Genomics (2025). DOI: 10.1016/j.xgen.2025.100979

Источник: Lund University