Нейрони людського мозку здивували своєю різноманітністю.
Кілька років тому з'ясувалося, що геноми окремих нейронів суттєво відрізняються між собою, і відмінності ці припадають багато в чому на копії фрагментів ДНК.
Наприклад, якщо ми візьмемо дві клітини з одного мозку і навіть з однієї функціональної ділянки кори, то ми виявимо, що в одній і тій же хромосомі якийсь її фрагмент у одного з нейронів подвоївся, а в іншого залишився в одинарному вигляді. Але при тому у другого нейрона в декількох копіях виявиться якийсь інший фрагмент, який у першого буде одинарним, і так далі, і так далі. (Копіюватися не обов'язково повинен кодуючий ген, таке може статися і з якимись регуляторними ДНК-послідовностями.)
Взагалі, раніше вважалося, що такі варіації за кількістю копій (copy-number variation) - річ порівняно рідкісна, проте розвиток методів генетичного аналізу показало, що все зовсім навпаки, і нейрони - наочне тому підтвердження. Причому цікаво, що варіації виникають у міру дозрівання клітин, тобто у стовбурових попередників різнобою в ДНК-копіях до якогось моменту немає, а з якогось - вже є.
Але чи дійсно подібні генетичні відмінності на щось впливають? Може бути, клітина ніяк не відчуває, що у неї зменшилося копій якихось шматків ДНК, і молекулярно-клітинна кухня працює у різних нейронів все-таки однаково, незважаючи на різнобій в копіях?
З'ясувати це можна було, тільки порівнявши активність генів однієї клітини з активністю генів в іншій клітці, в третій, в десятій і т. д. Завдання непросте, а у випадку з нейронами воно ще ускладнюється тим, що потрібно якось відокремити один нейрон від іншого - а нервові клітини, як ми пам'ятаємо, утворюють один з одним складну мережу.
Але саме так і вчинили дослідники з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго: Кунь Чжан (Kun Zhang) і його колеги використовували мозок померлої людини, щоб дістати клітинні ядра з декількох тисяч нейронів кори.
Чому саме клітинні ядра? Тому що один з показників активності гена - це кількість матричної РНК (мРНК), яка на ньому синтезується; ДНК з генами укладена в ядрі, і синтез мРНК відбувається в ядрі. (Потім вже, після деяких додаткових молекулярних процедур, мРНК відправляється в цитоплазму, де на ній починається збірка білкових молекул.) Матричну РНК з ядер можна виділити, прочитати і оцінити кількість кожного її виду окремо, і тим самим зрозуміти, які гени наскільки активні.
Всього вдалося зібрати РНК-послідовності з більш ніж 3 тисяч нейронних ядер. Самі нейрони, обрані для аналізу, брали з шести полів Бродмана - так називають області кори, які відрізняються як за функціями, так і за клітинною структурою; всього їх налічують 52.
Про знайдені відмінності між нервовими клітинами автори роботи докладно пишуть у статті в Science. Тут варто уточнити, що про те, що нейрони бувають різними, ми знаємо давно: наприклад, є нейрони збудження і нейрони гальмування - гальмуючі клітини, активуючись, гасять передачу сигналу в нервовому ланцюжку. Очевидно, що ті й інші відрізняються один від одного, в тому числі і за молекулярним пристроєм.
Однак, як з'ясовується зараз, різновидів нервових клітин існує набагато більше, і в межах нейронів збудження і нейронів гальмування за активністю генів можна виділити ще шістнадцять підтипів. Всі вони по-різному розподіляється по полях Бродмана, і, скажімо, зорова кора по нейронному складу помітно відрізняється від інших п'яти ділянок, з яких дослідники брали клітини.
Як саме відмінності в активності генів пов'язані з варіаціями в числі копій, про які йшла мова на початку, поки неясно - тут потрібно буде детально зіставляти послідовності ДНК в конкретному типі клітин з їх же набором мРНК. Також належить з'ясувати, як працюють ці нові різні типи нейронів, як відмінності в молекулярній генетиці відповідають (і чи відповідають) відмінностям в електрофізіології. Не виключено, що в інших зонах кори знайдуться ще додаткові клітинні різновиди.
Останнім часом з'являються роботи, присвячені тим чи іншим «новим» нейронам, які виявляються в центральній нервовій системі. Однак в даному випадку була зроблена спроба в цілому оцінити, якої клітинної різноманітності нам варто чекати від власного мозку, і результати виявилися вражаючими.
Звичайно, враховуючи, як багато різних завдань доводиться виконувати мозку, то, напевно, тут немає нічого дивного - рано чи пізно стало б очевидним, що різноманіття функцій повинно відбиватися не тільки на будові нейронних мереж, не тільки на тому, хто з ким пов'язаний в нейронному контурі, але і на молекулярно-генетичних особливостях.