Это факт жизни, что все ломается. И когда они это сделают, будь то ваша машина, крыша или закупоренная артерия, есть люди, которым мы можем позвонить, чтобы помочь с ремонтом. Менее известный факт из жизни заключается в том, что ДНК также регулярно разрушается, и ее необходимо восстанавливать. Исследователи под руководством Нориюки Суго из Университета Осаки в Японии изучали естественные восстановители ДНК в развивающемся мозге. В новом исследовании они показывают, что фермент, известный как Polβ, предотвращает разрывы ДНК определенных нейронов в гиппокампе вскоре после рождения.
Хотя уже было известно, что Polβ предотвращает отмирание незрелых клеток в головном мозге, помогая восстанавливать ДНК в нервных стволовых клетках, то, что он делает в зрелых нейронах, было неясно. Исследователи из Университета Осаки ответили на этот вопрос, создав мышей, у которых у неделящихся зрелых нейронов отсутствовал Polβ. Они обнаружили, что у этих мышей было гораздо больше разрывов в ДНК, особенно в областях CA1 и CA3 гиппокампа – области мозга, критически важной для обучения и памяти. Разница в количестве перерывов достигла пика примерно через две недели после рождения, а затем уменьшилась, что указывает на то, что это явление связано с развитием мозга.
На протяжении всей жизни экспрессия генов может изменяться, когда определенные молекулы, называемые метильными группами, присоединяются или отделяются от ДНК. Во время развития мозга паттерны метилирования и деметилирования ДНК могут влиять на нейроны и на то, как они взаимодействуют друг с другом. Это, в свою очередь, может повлиять на поведение и умственные способности в будущем. Однако этот процесс, по-видимому, повреждает ДНК. "Мы обнаружили, что двухцепочечные разрывы в ДНК нейронов гиппокампа CA1 связаны с деметилированием ДНК," объясняет Суго. "Когда мы предотвратили активное деметилирование, мы больше не увидели увеличения количества двухцепочечных разрывов, хотя Polβ оставался отсутствующим." С другой стороны, целенаправленное инициирование деметилирования ДНК приводило к большему количеству разрывов в ДНК, тем самым подтверждая взаимосвязь.
Затем команда сосредоточилась на том, что происходит с мышами из-за всех двухцепочечных разрывов ДНК. Анализ пораженных нейронов показал, что в дополнение к измененной экспрессии генов дендриты – ветвистые части нейронов, которые получают информацию от других нейронов – были тоньше, короче и менее сложными, чем у контрольных мышей. Наряду с этими изменениями в развивающемся гиппокампе, мыши сами испытывали трудности с формированием определенных видов воспоминаний.
"Хотя наши результаты указывают на роль Polβ в поддержании генома во время эпигенетической регуляции экспрессии генов во время развития гиппокампа," говорит Суго, "остается неясным, почему в настоящее время необходимо поддержание генома нейронов. Мы надеемся выяснить, связан ли этот процесс с изменениями генома, наблюдаемыми при психических заболеваниях."