Многие дети говорят, что любят одинаково маму и папу, но даже в этом случае бывает такое, что всё-таки предпочитают кого-то одного. То же можно сказать и о том, как клетки организма «читают» гены, синтезируя белок.
Раньше считалось, что каждая копия – одна от матери и одна от отца – читаются подобно друг другу. Но исследование учёных из Школы медицины Университета штата Юта, опубликованное в журнале Neuron, показывает, что у клеток мозга всё иначе. Для них — не редкость активировать в первую очередь одну копию, а затем другую.
Такой вывод нарушает основные правила классической генетики и открывает новые способы того, каким образом генетические мутации вызывают нарушения в работе головного мозга.
Согласно результатам новой работы, неравенство – это норма по крайней мере для одной области головного мозга новорожденных мышей точно. Около 85 процентов генов в дорсальном ядре шва, который секретирует нейромедиатор серотонин – своеобразный химический контроль уровня настроения, активируются в материнских и отцовских копиях очень дифференцированно. Через десять дней в этом же головном мозге обе копии активируются одинаково для всех, кроме 10 процентов генов.
Что более странно, подобное несоответствие наблюдается и в других частях организма, в том числе в печени и мышцах. Люди – не исключение.
«Мы обычно говорим о чертах с точки зрения целого человека или животного. Но когда мы смотрим на уровне клетки, то генетика оказывается гораздо сложнее, чем мы думали. Эта картина поможет нам понять, что происходит в головном мозге», — говорит Кристофер Грегг (Christopher Gregg), доцент кафедр нейробиологии и анатомии и старший автор исследования.
Среди генов, регулирующихся таким необычным способом, есть и те, которые находятся в зоне риска для психических заболеваний. У человека ген под названием DEAF1, «замеченный» при аутизме и умственной отсталости, имеет преимущество одной копии над другой в различных регионах мозга. Комплексное обследование приматов (предшественников человека) показало, что то же самое верно и для многих других генов, включая некоторые связанные с болезнью Гентингтона, шизофренией, синдромом дефицита внимания и биполярным расстройством.
Что такой генетический дисбаланс может означать для нашего здоровья, ещё только предстоит выяснить, но предварительные результаты свидетельствуют о том, что он может формировать уязвимость к болезням. Грегг отмечает, что, как правило, две копии гена выступают в качестве защитного буфера в том случае, когда один неисправен. Активация той копии гена, которая имеет мутацию, и «игнорирование» здорового экземпляра – даже временно – может иметь достаточно разрушительные последствия, которые приведут к проблемам в определённых клетках. Следуя этой идее, научная группа Грегга обнаружила, что некоторые клетки мозга у трансгенных мышей предпочтительно активируют мутировавшую генную копию взамен более здоровой.
Исследователи проверили тысячи генов, количественно определяя относительные уровни активации для каждой материнской и отцовской копии, и обнаруживали выражение из двух разных по многим генам. Это стало возможным благодаря разработке специальных статистических методов и даже после проверки не оказалось ни техническим артефактом, ни генетическим шумом. Основываясь на своих выводах, они изучили подмножества нестандартных генов более тесно, непосредственно визуализировав дисбаланс между их копиями на клеточном уровне в мышином и человеческом мозге.
Результаты Грегга и его коллег вместе с предыдущими исследованиями позволяют рассматривать новые «сценарии» развития событий, согласно которым гены могут стать как «фаворитами», так и попасть в «немилость». То есть, эти работы – прямое подтверждение теории геномного импринтинга, феномена, при котором гены проявляют различную экспрессию в зависимости от того, унаследованы ли они от яйцеклетки или от сперматозоида.
Изучение культивируемых клеток также показало, что некоторые гены изменяются в зависимости от выраженности копии. Но есть и другой аспект: «игнорирование» одной копии гена может быть способом тонкой настройки генетической программы клеток в определённое время жизненного цикла животного или же в отдельных частях целого организма.
Учёные считают, что их работа представляет собой генетику «будущего», которая уже где-то рядом. Она открывает совершенно новую панораму на разнообразие влияний, которые формирует преимущественная экспрессия материнских или отцовских копий генов в мозге в зависимости от возраста, области и типа ткани.
Текст: Анна Хоружая