В процессе формирования мозга новые нейроны перемещаются сквозь плотную ткань к своим конечным позициям в коре больших полушарий. Как показало исследование, опубликованное в журнале Nature, это перемещение сопряжено со значительным риском: клетки регулярно получают серьезные повреждения ДНК.
Ученые из Киотского университета и их коллеги выяснили, что мигрирующие нейроны испытывают двойные разрывы цепи ДНК – одну из самых тяжелых форм генетических повреждений. Однако этот процесс оказался нормальной частью развития здорового мозга. Специальные механизмы быстро восстанавливают поврежденные участки, прежде чем они успевают вызвать необратимые последствия. Большинство разрывов устраняется в течение 24 часов.
Чтобы понять механизм повреждения, исследователи воссоздали условия миграции в лаборатории, направив нейроны через микроскопические каналы, которые имитировали узкие проходы в мозговой ткани. С помощью флуоресцентных маркеров команда наблюдала, как в ДНК клеток появляются разрывы, когда те протискиваются через каналы, и как эти разрывы исчезают после выхода из них.
Источником разрывов оказался фермент топоизомераза IIβ. В обычных условиях он временно разрезает нити ДНК, чтобы снять напряжение, а затем соединяет их обратно. Но из-за механического сжатия при движении через узкие пространства фермент может «застрять» на полпути, оставляя ДНК разорванной. Затем клетка активирует механизм репарации для соединения концов.
Повреждения ДНК в нейронах отличаются от тех, что наблюдаются, например, в раковых клетках при аналогичном стрессе. Разрывы в нейронах концентрируются в основном в тех областях генома, которые не задействованы в работе критически важных генов, что позволяет клеткам нормально функционировать. Чтобы изучить последствия сбоев в системе восстановления, ученые вывели мышей, у которых в нейронах мозжечка отсутствовал один из ключевых ферментов репарации. С возрастом у этих животных развивались проблемы с равновесием, схожие с симптомами некоторых неврологических заболеваний человека.
Результаты исследования меняют представление о геноме нейронов. По словам авторов, процесс повреждения и последующего восстановления ДНК может вносить небольшие генетические различия между отдельными клетками, формируя их уникальность. Эти же механизмы могут играть роль в развитии нейродегенеративных заболеваний в более позднем возрасте.
