У нейронах відбувається велика кількість одноланцюжкових розривів після поділу, говориться в дослідженні, опублікованому в журналі. При цьому розриви виявилися розташовані в геномі не в випадкових місцях, а в сайтах енхансерів - регуляторів роботи генів. ДНК у нейронах відновлювалася двома шляхами репарації: з «короткою заплаткою» і з «довгою заплаткою». Це відкриття може пояснити розвиток нейродегенеративних захворювань у пацієнтів з порушеннями в репарації ДНК.
ДНК у клітинах людини складається з двох ланцюгів, які періодично рвуться. Найчастіше розриви одноланцюжкові - в клітинах ссавців в середньому їх відбувається більше 50 тисяч на добу. Причиною для одноланцюжкових розривів у ДНК можуть бути внутрішньоклітинні агенти, які хімічно порушують цілісність ДНК, або зовнішні фактори: наприклад, іонізуюче випромінювання. Одноланцюжкові розриви не такі небезпечні, як двозначні, проте теж становлять загрозу для ділення клітин і роботи генів.
Якби кожну добу клітини накопичували по 50 тисяч одноланцюжкових розривів, ніяк на них не реагуючи, вони не змогли б ділитися і функціонувати, чому незабаром би загинули. Щоб справлятися з такою кількістю пошкоджень, в ядрі існують спеціальні системи, здатні відновлювати ДНК - ферменти репарації. Найчастіше під час репарації відбувається зачистка ділянки навколо розриву, який потім добудовується заново. Зокрема, при заміні в ДНК азотистої підстави можливі два шляхи: з «короткою заплаткою», при якому відбувається видалення і заміна тільки одного пошкодженого нуклеотиду, і з «довгою заплаткою», де заново добудовується більш довга ділянка навколо розриву.
Біологи з національного інституту онкології США під керівництвом Вей У (Wei Wu) досліджували походження розривів у нейронах мозку після диференціювання. Для цього вони створили систему обліку відновлення ДНК: додали до нейронів мічені нуклеотиди ДНК, які вбудувалися в неї в місцях пошкоджень, і відновили послідовності після репарації. Виявилося, що ділянок, які пройшли репарацію одноланцюжкових розривів у нейронах, набагато більше, ніж, наприклад, у м'язових клітинах.
Тоді біологи вирішили перевірити: одноланцюжкові розриви відбувалися у випадкових місцях геному або в певних послідовностях. Вони провели аналіз ділянок, які пройшли процес репарації, і виявили, що вони несуть білкові мітки енхансерів - районів, які здатні посилювати експресію генів, з якими вони взаємодіють. При цьому ці енхансери були специфічні для нейронів і посилювали роботу генів, що відповідають за нейронну «клітинну долю».
Щоб перевірити, яким із шляхів відбувається репарація одноланцюжкових розривів у нейронах, біологи відключили по черзі ферменти «короткої заплатки» і «довгої заплатки». Виявилося, що в першому випадку «заплатки» (кількість мічених нуклеотидів у місці пошкодження) ставали більшими, а в другому - меншими. Це свідчить про те, що активні можуть бути обидва шляхи репарації, які замінюють один одного. Дослідники вважають, що відкриття підвищеної кількості пошкоджень ДНК в районах енхансерів у нейронів може бути пов'язане з розвитком нейродегенеративних захворювань, які викликані дефектами у ферментативних системах репарації.
Репарація ДНК важливий процес не тільки для природних процесів у клітинах, а й для експериментів: наприклад, на її механізмах засновано редагування генома. На основі механізмів репарації нещодавно навчилися за допомогою машинного навчання передбачати результат редагування CRISPR, а ферменти репарації використовують і для більш нових підходів до трансгенезу.