У наших нервових клітинах приблизно кожні два тижні трапляються якісь генетичні зміни, так що до кінця життя число мутацій в нейронах обчислюється сотнями і тисячами.
Мутації в наших клітинах відбуваються постійно. По-перше, коли клітина ділиться, вона подвоює свою ДНК, а ті білки, які займаються копіюванням ДНК, допускають помилки, нехай і досить рідкісні. Тобто одне з джерел мутацій пов'язане з клітинним поділом. По-друге, зміни в ДНК можуть виникати в ході інших молекулярних процесів, в тій чи іншій мірі пов'язаних з ДНК. Нарешті, не будемо забувати про різні стресові впливи і зовнішні мутагени.
Чи можна дізнатися, коли з'явилися ті чи інші мутації, і як вони накопичувалися протягом життя? Саме це спробували з'ясувати дослідники з лікарні Майо разом з колегами з Єля, з одного боку, і дослідники з Гарварду, з іншого.
І ті, і інші займалися мозком, тільки перші працювали з мозком зародків, а другі - з мозком дорослих людей. Мозок, як відомо, на відміну від епітелію або крові, майже не оновлюється після народження, хоча в ньому і зберігаються невеликі осередки, де нові нервові клітини продовжують з'являтися протягом життя. Тому група Флори Ваккаріно (Flora M. Vaccarino) з Єльського університету оцінювала динаміку мутацій, що виникають переважно в ході поділу клітин.
Дослідники брали незрілі нейрони з мозку зародків, які загинули на різних стадіях розвитку. Аналіз ДНК з одиничних клітин показав, що зародкові нейрони містять в середньому від 200 до 400 генетичних варіацій, розсіяних по всій ДНК. Швидкість появи нових мутацій у різні періоди розвитку неоднакова: якщо на ранніх етапах зародкового розвитку на одну нову клітку (тобто тільки що з'явилася в результаті поділу материнської клітини) з'являється в середньому 1,3 мутації, то потім ця цифра зростає до 5,1.
Очевидно, на самому початку розвитку механізми, які виправляють мутації, працюють краще. Тут є свій сенс, оскільки ті зміни, які виникли рано, з більшою ймовірністю поширюватися по всьому органу. З часом же, коли нейронів стає все більше, а їх розмножуваних попередників все менше, і діляться ці попередники вже не так активно, нові мутації залишаться тільки в обмеженому колі клітин, і ремонтні молекулярні машини виправляють їх вже не так активно. Повністю аналіз мутацій в мозку зародку опублікований в Science.
Друга робота, присвячена накопиченню генетичних відхилень у мозку дорослих людей, теж опублікована в Science. Тут брали ДНК з нейронів мозку п'ятнадцяти людей, які померли віком від 4 місяців до 82 років. У результаті вдалося з'ясувати, що нейрони в середньому починають самостійне життя з шістьма мутаціями, до них кожні два тижні додається по одному, і до вісімдесяти років середньостатистичний нейрон несе в собі близько 2400 мутацій.
Зрозуміло, на швидкість мутагенезу можуть впливати різні фактори, в тому числі й інші мутації. Наприклад, дві людини, у яких брали зразки для досліджень, страждали від нейродегенеративних хвороб, що виникли, в свою чергу, через мутації в гені, що контролює ремонт ДНК. У цих людей кількість мутацій була в 2,5 рази більшою, ніж у інших.
Відомо, що далеко не всі зміни в ДНК тягнуть за собою якісь наслідки, і вважається, що лише 1% мутацій дійсно може якось нашкодити - наприклад, повністю відключити ген або безповоротно зіпсувати якийсь білок. Якщо цей 1% перевести на вік і число нейронів, то вийде, що до 80 років в одному з тисячі нейронів який-небудь ген точно не буде працювати, так що варто дивуватися, що з віком когнітивні функції поступово слабшають. Втім, за словами авторів роботи, походження мутацій змінюється з віком, і у літніх людей вони виникають переважно через окислювальний стрес - іншими словами, їх кількість напевно можна скоротити, якщо зробити якісь кроки проти цього самого стресу.
Що до мутацій, які виникають у ембріона і відразу після народження, то серед них можуть бути і корисні, і користь їх у тому, що вони додають різноманітності в генетичний портрет різних нейронів, тим самим роблячи мозок в цілому більш пластичним; хоча щоб перевірити це припущення, все одно потрібні додаткові дослідження.
За матеріалами The Scientist.