Ученые: «упаковка» ДНК в клетках мозга разных типов зависит от их функций
Особенности регуляции работы нервных клеток мозга, происходящей за счет различий в пространственной структуре ДНК, исследовали ученые Сколковского института науки и технологий (Сколтех) совместно с коллегами из московских научных организаций, 6 мая сообщает пресс-служба вуза.
Зная механизмы регуляции работы нервных клеток мозга, можно понять, какие их нарушения вызывают те или иные заболевания.
Практически в одном организме все клетки содержат идентичную ДНК, но клетки разных типов при этом выполняют разную работу даже в одном органе. Так, в нервной ткани мозга есть нейроны, которые передают нервные импульсы, а есть (до 40%) глиальные клетки, выполняющие служебные функции, необходимые для работы нейронов.
Специализация функций является результатом регуляции — выборочной активации и деактивации записанных в ДНК генов, сначала на стадии развития, а затем и у взрослой клетки.
Такая регуляция активности генов в основном опирается на пространственную структуру ДНК, а именно на то, как нити ДНК, суммарная длина которых составляет несколько метров, в клеточном ядре того или иного типа клетки «свернуты» в пространстве. В зависимости от такой «свертки» идет включение и выключение правильных генов на той или иной стадии развития клетки и у конкретного типа или подтипа клетки.
Например, в тормозных и в возбуждающих нейронах должна выполняться разная генетическая программа, при которой нужна активация разных генов. Позволяет этого добиться именно правильная «упаковка» ДНК в совокупности с некоторыми другими механизмами.
Свертка ДНК в трехмерную структуру обеспечивается особыми генами, которые инициируют белки, сворачивающие молекулу необходимым образом. Если с этими генами что-то «не так», ДНК будет упакована неправильным образом, и регуляция генов в клетке нарушится, что приведет к той или иной болезни.
Если глиальная клетка начнет делиться чаще, чем нужно, то возникнет раковая опухоль. С нарушением пространственной структуры ДНК связаны некоторые болезни развития, например, синдром Корнелии де Ланге. Это тяжелое заболевание, характеризующееся множеством физиологических и умственных аномалий.
Первый автор исследования, аспирант программы «Науки о жизни» Сколтеха Илья Плетенев рассказал о результатах проделанной коллективом работы по изучению регуляции в нервных клетках:
«Наша работа помогает лучше понять эти болезни и регуляцию активности генов в здоровых клетках. В данном случае мы показали, что, во-первых, у нейронов „ненужные“ гены сгруппированы: они находятся в пространстве друг рядом с другом, даже если в распрямленной цепи ДНК оказались бы далеко. Мы предполагаем, что это позволяет надежнее их выключать белкам-репрессорам. Во-вторых, мы показали, что на ДНК нейронов и глиальных клеток в разных местах образуются петли, причем в основании петель группируются именно те гены, которые нужны клетке того или иного типа, что предположительно упрощает белкам-активаторам задачу их одновременного включения».
Полученные результаты исследователи представили в статье «Обширные межкомпонентные взаимодействия на большом расстоянии и слабая компартментализация являются отличительными чертами трехмерного генома нейронов человека», опубликованной в журнале Nucleic Acids Research.
(Компартментализацией называется обособление биохимических процессов в клетке в определенных отсеках, покрытых оболочкой из бислоя липидов.)
