Нейроны меняют собственную ДНК

06.05.2015

Стабильность ДНК - залог долгой и счастливой жизни, поэтому всякие мутации клетка старается ликвидировать с помощью специальных молекулярных машин. Конечно, здесь можно вспомнить про явление кроссинговера, который происходит, например, во время созревания половых клеток (и вообще у делящихся клеток) - при кроссинговере происходит масштабный обмен ДНК-фрагментами между гомологичными хромосомами.

Однако этот процесс находится под тщательным контролем, и привязан он все-таки к клеточному делению. Что же до остальных случаев нестабильности генома, то они возникают либо по внешним причинам (вроде мутагенного излучения), либо из-за не слишком точной работы молекулярных машин, занимающихся удвоением и ремонтом ДНК. Нормальная, здоровая клетка старается как можно тщательнее следить за изменениями в хромосомах и по возможности восстанавливать все, как было.

Тем удивительнее выглядят результаты исследовательской группы Хунцзюнь Суна (Hongjun Song) из Университета Джонса Хопкинса . Он и его сотрудники обнаружили, что обычные, зрелые нейроны мозга постоянно вносят исправления в собственную ДНК, пользуясь эпигенетическими метками. Как известно, чтобы изменить активность того или иного гена, клетке не нужно вмешиваться в последовательность нуклеотидов, достаточно снабдить ген специальными маркерами, которые сделают его менее привлекательным для белков, синтезирующих РНК. Такими маркерами выступают метильные группы, которые пришиваются к азотистому основанию цитозину, одному из четырех "букв" генетического кода. (В скобках заметим на всякий случай, что метильные метки и вообще эпигенетическая регуляция далеко не единственный способ управления активностью генов.)

Прометилировать ДНК легко, но бывает, что метку нужно с цитозина снять. Это сделать уже не так просто, и тут запускается целая цепь реакций, причем по ходу дела меченая "буква" вырезается и на ее место вставляется обычный, неметилированный цитозин. То есть в одной из цепей ДНК образуется дыра, которая представляет собой сильный элемент нестабильности - ведь сюда может по ошибке попасть какая-то другая "буква", и у нас получится настоящая мутация. Тем не менее, процессы метилирования и деметилирования ДНК идут в клетках млекопитающих довольно активно, причем даже в таком "нежном" органе, как мозг, который вообще по максимуму защищен от непредсказуемой внешней среды и от остального тела.

В своей статье в Nature Neuroscience авторы работы пишут, что в нейронах мозга мыши деметилирующая активность была четко связана с синаптической пластичностью клеток. Под синаптической пластичностью понимают способность нейрона регулировать силу межнейронного соединения с соседями - благодаря ей импульс в цепочке может слабеть или усиливаться. На молекулярном уровне это можно увидеть по тому, как меняется количество нейромедиаторов, передающих сигнал от одного нейрона к другому, и как меняется количество нейромедиаторных рецепторов у "принимающей стороны" - чем в более широком диапазоне происходят изменения, тем большей пластичностью обладает нейрон. Так вот, когда в клетках мозга отключали ген Tet3, который подавляет деметилирование, синаптическая пластичность повышалась; и наоборот, когда активность Tet3 стимулировали, пластичность снижалась.

Дальнейшие эксперименты показали, что ген Tet3 влияет на уровень синаптического белка GluR1, который как раз служит рецептором для нейромедиаторов. Если нейроны начинали реагировать на самый ничтожный раздражитель, активность Tet3 возрастала, и как следствие, снижался уровень рецептора GluR1 - то есть клетки переставали реагировать на малейшие изменения в импульсах, синапсы возвращались к стандартному режиму работы. Но могло быть и обратное: если активность синапсов сильно уменьшалась, у Tet3 она уменьшалась тоже, так что уровень GluR1 повышался - что, в свою очередь, отражалось на работе синапсов. Активность же гена, отвечающего за деметилирование, можно было увидеть по состоянию ДНК, по тому, насколько часто в ней происходило вырезание нуклеотида.

Синаптическая пластичность связана со способностью к обучению - считается, что чем она больше, тем лучше для мозга. Но у нее, очевидно, должны быть какие-то регуляторы, одним из которых неожиданно оказался ген Tet3, реагирующий на изменения активности межнейронных контактов. Конечно, возникает вопрос, как именно такая "микрохирургия" ДНК, то есть постоянное вырезание букв из последовательности нуклеотидов, влияет на способность синапсов реагировать на разные сигналы. Возможно, что бреши в ДНК-цепочках приходятся как раз на те гены, что непосредственно влияют на силу и чувствительность синапсов, но что именно там происходит, можно будет узнать лишь из дальнейших исследований.

<< Назад: Многофункциональные реле перегрузки серии EMT6 от EATON 06.05.2015

>> Вперед: Компактный Canon imageFormula DR C240 05.05.2015

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Новый взляд на магнитное поле Земли 31.10.2025

Магнитное поле Земли долгое время считалось относительно стабильной структурой с предсказуемой полярностью. Однако последние исследования японских ученых показывают, что электрическая организация магнитосферы гораздо сложнее и динамичнее, чем предполагалось ранее. Команда исследователей из Киотского, Нагояского и Кюсюского университетов обнаружила, что заряженные области магнитосферы обладают противоположной полярностью по сравнению с традиционными представлениями. Так, утренняя сторона магнитного щита имеет отрицательный заряд, тогда как вечерняя - положительный, вопреки прежним теориям. Юсуке Эбихара из Киотского университета отмечает, что "электрическая сила и распределение зарядов являются следствием, а не причиной движения плазмы". Исследователи пришли к этим выводам с помощью масштабного магнитогидродинамического моделирования, имитирующего взаимодействие солнечного ветра с геомагнитным полем Земли. Моделирование позволило в деталях проследить, как потоки плазмы формируют э ...>>

Влияние белка PF4 на старение крови 31.10.2025

С возрастом наш организм претерпевает множество изменений, в том числе на уровне крови и иммунной системы. Недавние исследования показали, что ключевым фактором этих изменений может быть белок PF4, или platelet factor 4, который играет важную роль в регуляции стволовых клеток костного мозга. Американские ученые из Университета Иллинойса в Чикаго обнаружили, что с возрастом уровень PF4 значительно снижается. Это ослабление контроля над кроветворными стволовыми клетками приводит к нарушению их работы и повышает вероятность развития воспалительных процессов, онкологических заболеваний крови и сердечно-сосудистых проблем. В молодом организме PF4 выполняет функцию "регулятора роста": он контролирует распределение и деление кроветворных стволовых клеток, не позволяя им чрезмерно размножаться. С возрастом эта система контроля ослабевает, клетки начинают делиться чаще, накапливают генетические мутации и постепенно теряют способность создавать полноценные лимфоциты, что ослабляет иммуните ...>>

Музыка юности остается с нами навсегда 30.10.2025

Музыка сопровождает человека всю жизнь, но некоторые мелодии и песни оставляют особенно глубокий след в памяти. Ученые давно замечали, что композиции из подросткового возраста вызывают сильные эмоции даже спустя десятилетия, и недавно международная команда исследователей под руководством Университета Ювяскюля (Финляндия) подтвердила этот эффект научно. В исследовании приняли участие около 2000 человек из 84 стран. Ученые выявили явление, которое они назвали "пиком воспоминаний": эмоциональная привязка к музыке достигает максимума примерно в 17 лет. Именно песни этого периода чаще всего остаются значимыми и вызывают яркие эмоции долгие годы спустя. Интересно, что у мужчин и женщин наблюдаются разные временные рамки этого пика. У мужчин он приходится примерно на 16 лет, тогда как у женщин - на 19. Исследователи объясняют это различие особенностями формирования музыкальной идентичности: юноши чаще ищут самостоятельность и бунт, а девушки связывают музыку с личными отношениями и пере ...>>

Сплав Cr-Mo-Si с уникальными свойствами 30.10.2025

Разработка материалов, способных работать в экстремальных условиях, остается одной из ключевых задач современной инженерии. Особенно это важно для авиации и энергетики, где повышение термостойкости компонентов напрямую влияет на эффективность и надежность оборудования. Международная группа исследователей объявила о создании нового металлического сплава, обладающего уникальным сочетанием свойств: высокой термостойкостью, устойчивостью к коррозии и сохранением пластичности даже при комнатной температуре. Новый сплав содержит хром, молибден и всего 3 атомных процента кремния. Именно кремний способствует формированию плотного слоя оксида хрома на поверхности металла, который действует как невидимый барьер против кислорода и азота при высоких температурах. В отличие от предыдущих сплавов, этот защитный слой формируется без хрупких силицидов, которые обычно снижали пластичность и делали материалы склонными к трещинам. По словам профессора Мартина Гайльмайера из Института технологий Кар ...>>

Открыт лед, замерзающий при комнатной температуре 29.10.2025

Изучение воды продолжает приносить удивительные открытия: несмотря на то, что эта жидкость кажется хорошо известной, она способна проявлять необычные свойства в экстремальных условиях. Международная команда ученых недавно обнаружила новый вид льда, который формируется при комнатной температуре, если вода подвергается сильному давлению. Это открытие не только расширяет наши знания о воде, но и помогает лучше понять процессы в недрах планет и их спутников. Исследователи из Корейского института стандартов и науки совместно с европейскими коллегами, работающими на рентгеновском лазере на свободных электронах (XFEL) в Германии, провели серию экспериментов с водой в динамической ячейке с алмазными наковальнями. Давление изменялось от 0,001 гигапаскаля до 120 гигапаскалей в секунду - в миллионы раз выше атмосферного, при этом температура поддерживалась около 25 °C, близкой к комнатной. В течение сотен циклов ученые наблюдали, как вода многократно замерзает и тает, фиксируя каждый этап с ис ...>>

Случайная новость из Архива Компьютеры видят не хуже приматов 31.12.2014 В течение многих десятилетий нейрофизиологи пытались разработать компьютерные сети, которые смогли бы имитировать визуальные навыки, которые человеческий мозг делает очень быстро и точно - например, распознавание объектов. До сих пор ни одна компьютерная модель не была в состоянии соответствовать мозгу приматов в части визуального распознавания объектов за короткий взгляд. Тем не менее, новое исследование ученых Массачусетского технологического института показывает, что последнее поколение так называемых "глубоких" нейронных сетей вполне соответствует возможностям мозга приматов. Ученые начали создавать нейронные сети в 1970-х годах в надежде имитировать способность мозга обрабатывать визуальную информацию, распознавать речь и понимать язык. В основе нейронных сетей лежит иерархический принцип представления визуальной информации в головном мозге: от сетчатки глаза в первичную зрительную кору, а затем в нижневисочную кору, на каждом уровне детализируясь вплоть до полной идентификации. Для имитации этого процесса ученые создают несколько слоев вычислений в своих моделях нейронных сетей. Каждый уровень выполняет определенную математическую операцию и на каждом уровне представления о визуальном объекте становятся все более и более сложными, а ненужная информация, такая как местоположение объекта или его движение, отбрасывается. В нынешнем исследовании ученые впервые измерили способность мозга распознавать объекты, имплантировав электроды в кору головного мозга приматов, а затем сравнили полученные данные с результатами вычислений глубоких нейронных сетей. Результаты показали, что нейронные сети достигли уровня обработки визуальной информации, соответствующего головному мозгу приматов. Теперь ученые собираются усовершенствовать нейронные сети, наделив их возможностью отслеживать движения объектов и распознавать трехмерные формы.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025