Ученые выяснили, что нейроны разрывают свою ДНК для построения мозга

Ученые обнаружили, что развивающиеся нейроны головного мозга routinely разрывают свою ДНК, чтобы добраться до нужного места в коре. Исследование, опубликованное в журнале Nature, показало, что мигрирующие нейроны получают значительные двуцепочечные разрывы ДНК, проталкиваясь через узкие пространства между волокнами и соседними клетками. Хотя такие повреждения обычно ассоциируются с мутациями и гибелью клеток, в здоровом мозге они являются нормальной частью развития и быстро устраняются.

Команда под руководством профессора Минэко Кэнгаку из Киотского университета воссоздала физические трудности, с которыми сталкиваются нейроны, направляя их через микроскопические каналы, имитирующие тесные пространства в растущей мозговой ткани. С помощью флуоресцентных маркеров ученые наблюдали появление разрывов ДНК во время движения клеток. Большинство повреждений восстанавливалось в течение 24 часов, и нейроны продолжали нормально функционировать.

Источником повреждений оказался фермент топоизомераза IIβ, который помогает клеткам справляться со стрессом в ДНК. При механическом напряжении, возникающем при протискивании через тесные пространства, фермент может «застрять», оставляя участки ДНК разорванными. Клетка затем использует механизм репарации — негомологичное соединение концов — для восстановления целостности ДНК.

Интересно, что повреждения ДНК в нейронах отличаются от тех, что наблюдаются в раковых клетках. В нейронах разрывы концентрируются в участках генома, не участвующих в критических функциях генов, что позволяет клеткам сохранять нормальную активность. Когда ученые заблокировали механизм репарации у мышей, у них развились легкие, но прогрессирующие проблемы с равновесием, напоминающие симптомы некоторых неврологических расстройств у человека.

«Это меняет то, как мы думаем о нейрональном геноме, — говорит профессор Кэнгаку. — Все нейроны происходят из одной и той же ДНК, но повреждение и восстановление ДНК могут вносить небольшие генетические различия между отдельными нейронами через небольшое механическое путешествие. Часть этой истории может быть записана в самом геноме». Исследователи теперь хотят понять, могут ли эти ранние изменения ДНК влиять на нейроразвитие и нейродегенеративные заболевания в более позднем возрасте.