Нейрони після поділу відновлюють пошкодження ДНК в гарячих точках репарації, які зберігаються в різних клітинах, говориться в дослідженні, опублікованому в журналі. Ці точки в основному розташовувалися в активних генах, які були пов'язані зі сплайсингом і нейродегенеративними захворюваннями. Такі результати вчені отримали за допомогою нового підходу до дослідження репарації ДНК, який вони назвали Repair-seq. Дослідження дозволяє краще зрозуміти специфіку захисту ДНК у нейронів і можливі механізми розвитку захворювань мозку.
ДНК у клітинах людини тварин досить часто пошкоджується через вплив зовнішніх і внутрішніх факторів: помилок ферментів, випромінювання, вільних радикалів всередині ядра та інших. ДНК пошкоджується десятки тисяч разів на день, що дуже небезпечно для клітини - розриви призводить до порушень матричних процесів і загибелі клітини. Щоб уникнути негативних наслідків пошкоджень, у клітці існують системи репарації - ферменти, які відновлюють різні типи розривів і порушень у структурі нуклеотидів. Зазвичай для цього ділянка з пошкодженням видаляється, а на її місці заново будується правильний.
При цьому більшість систем репарації активні під час реплікації (подвоєння) ДНК для подальшого поділу клітини. Тому особливо важко справлятися з розривами тим клітинам, які рідко (або взагалі не) діляться. До них насамперед належать нейрони - найбільш довгоживучі клітини людського організму. Однак досі процеси репарації в нейронах вивчалися мало.
Від редактора
За тиждень до виходу в журналі Science статті, про яку йдеться в цій замітці, дуже схоже дослідження було опубліковано в Nature - про нього ми теж писали. У ньому автори використовували такий самий метод пошуку пошкоджень у ДНК, тому в замітці словосполучення «» новий метод «» слід сприймати як умовність, адже дві наукові групи представили його майже одночасно. Цікаво, тим не менш, що результати застосування методу в двох дослідженнях відрізняються: в більш ранньому автори вказують на більшу активність репарації в регуляторних елементах, а в дослідженні з цієї замітки - в активно транскрибованих областях. Результати не обов'язково суперечать один одному, оскільки аналіз послідовностей групи проводили по-різному.
Біологи з Інституту біологічних досліджень Солка під керівництвом Ділана Рейда (Dylan A. Reid) і Патріка Ріда (Patrick J. Reed) розробили новий підхід до вивчення репарації в нейронах, заснований на впровадженні міченого нуклеотиду в місця пошкоджень. Вони отримали з стовбурових клітин людини нейрони, додали до них 5-етикіл-2 "-гідроксиуридил (EdU) і почекали, поки той вбудується в ДНК в процесі репарації. ДНК нейронів просеквенували і визначили в ній місця пошкодження, Свій метод біологи назвали Repair-seq.
У порівнянні з іншими клітинами у нейронах опинилося досить багато районів, що пройшли репарацію. При цьому вони виникали не випадково, а в гарячих точках - місцях, які зберігалися в різних клітинах. З них 23,5 відсотка перебували у відкритих областях, які активно транскрибуються. При цьому дослідники відзначають, що багато з них були і в промоторах - сайтах посадки ферментів транскрипції на ДНК, які за своїми властивостями схожі на інші регуляторні елементи (енхансери). Приблизно 67 відсотків всіх сайтів репарації (а не тільки гарячих точок) припадали на гени, особливо з високим рівнем транскрипції в нейронах.
Дослідники також провели аналіз 3D-структури геному, щоб оцінити контакти між ділянками ДНК. Такі контакти відіграють важливу роль у взаємодії генів і відповідних регуляторних елементів і безпосередньо впливають на активність генів. Всередині областей з великою кількістю контактів між ділянками (топологічно-асоційованих доменів або ТАДів) рівень репарації був приблизно однаковим, але більша кількість відновленої ДНК була серед «активного» А-компартменту.
Біологи проаналізували гени, в яких репарація проходила частіше, ніж в інших. Виявилося, що до них ставилися ті, що пов'язані зі сплайсингом і нейродегенеративними захворюваннями (у тому числі з хворобою Альцгеймера). Цікаво, що сайти репарації розташовувалися поблизу з сайтами метилювання ДНК, яке вважається біологічним годинником через зв'язок зі старінням. Дослідники припускають, що зміни в метилуванні з віком здатні зміщувати гарячі точки репарації, через що пов'язані з хворобами гени накопичують більше помилок і нейрони гинуть. Новий метод дозволить дослідити з нового боку як нейродегенеративні захворювання, так і процеси репарації в інших клітинах-довгожителях.
Дослідження специфіки роботи нейронів дозволяє розібратися в механізмах розвитку захворювань мозку та іншим вченим. Так, наприклад, нещодавно біологи розібралися в механізмі збудження нейронів схильних до шизофренії пацієнтів. Вони теж отримали нейрони зі стовбурових клітин і показали, що в їхніх мембранах порушено роботу кальцієвих каналів.