Андрей Юрьев Почему мы не можем думать абсолютно одинаково? Даже если нам кажется, что наши мысли схожи, на самом деле это не так. Мозг каждого человека уникален: даже у близнецов, идентичных по всем остальным признакам, строение этого органа индивидуально. Ученым удалось понять, почему.
Группе генетиков из Института биологических исследований в Сан-Диего, США, совместно с российскими биологами из Института мозга РАН удалось частично расшифровать тайну невероятного многообразия строения и функций головного мозга. Ключ к разгадке – мобильные, или «прыгающие», генетические элементы – фрагменты ДНК, способные перемещаться из одного места генома в другое, изменяя генетическую информацию отдельных нервных клеток. Напомним, в головном мозге человека – 1014 нейронов. Возникновение определенного количества таких изменений и приводит к качественному сдвигу – формированию индивидуальности головного мозга, считают ученые. Но вот почему это происходит, случайны ли такие «прыжки», – остается тайной.
«Необычное свойство некоторых генов менять свое местоположение было открыто американской исследовательницей Барбарой Мак-Клинток в 1949 году, – рассказывает доктор биологических наук, старший научный сотрудник Института мозга Ольга Свияш. – Поначалу смелое заявление ученого вызвало неприятие среди ее коллег, и долгие годы Барбара была вынуждена находиться в интеллектуальной ссылке. А в 1983 году 82-летняя исследовательница была удостоена Нобелевской премии за открытие, сделанное почти 40 лет назад. Ученый мир признал ее правоту».
Изучение «прыгающих генов» – так часто теперь называют подвижные элементы в ДНК, открытые Мак-Клинток, – сейчас стало обширной и интенсивно разрабатываемой областью молекулярной биологии. Это участки ДНК, способные передвигаться из одного места в хромосомах в другое, встраиваясь рядом с генами и часто меняя при этом их работу. Но то, что подобные механизмы происходят и в мозгу, долгие годы было тайной за семью печатями.
«Не секрет, что мозг каждого человека уникален, – говорит руководитель исследований, доктор биологии Роналд Рейсон. – Он имеет ряд индивидуальных характеристик с точки зрения объема и скорости обработки информации, преобладания той или иной системы памяти, гибкости мыслительных процессов и т.д. Но почему это так? Мы полагаем, что именно с помощью мобильных элементов достигается разнообразие нейронов в главном мыслительном аппарате человека, а также последующий отбор наиболее жизнеспособных клеток. Интересно, что этот процесс характерен только для головного мозга и не затрагивает другие органы».
Процесс формирования нейронов очень сложен. Клетки эмбрионального головного мозга, абсолютно одинаковые по структуре и свойствам, впоследствии превращающиеся в нейроны. Поначалу они тоже не отличаются друг от друга ни морфологически, ни функционально. Но в конечном счете именно нейроны дают начало огромному разнообразию клеток, формирующих головной мозг. Как и почему это происходит? Что заставляет нейроны измениться? Этот вопрос давно волновал умы исследователей. Предполагалось, например, что формирование клеток головного мозга схоже с процессом становления иммунных клеток организма, тоже, как известно, не повторяющих одна другую.
«В иммунной системе гены, кодирующие антитела, много раз перетасовываются и комбинируются, – поясняет Ольга Свияш. – Это позволяет организму синтезировать множество отличных друг от друга антител, способных распознавать неограниченное количество антигенов – чужеродных организму агентов».
Чтобы лучше понять процессы, творящиеся в нашей голове, исследователи изучили поведение человеческого мобильного генетического элемента LINE-1, или L1, в культуре крысиных нервных клеток-предшественников. После этого помеченные специальным красителем элементы L1 были введены мышам. Каждый раз, когда L1 менял свою локализацию, клетка, в геном которой он встраивался, начинала светиться зеленым светом. Через некоторое время такие клетки, как фонарики, вспыхивали по всему объему головного мозга животных. «Это означает, что изучаемый процесс в действительности происходит в живом организме и не может быть артефактом, проявляющимся в культуре клеток», – поясняет Ольга Свияш.
Такие «прыгающие гены» составляют до 17% ДНК, но о них по-прежнему известно совсем немного. Ранее эти фрагменты относили к «бесполезной ДНК»: они считались внутриклеточными паразитами либо атавизмами нашего эволюционного прошлого. Но, по всей видимости, ничего бесполезного природа не создает.
«Еще рано делать выводы о том, как часто мобильные генетические элементы перемещаются в нервных клетках человека, каким образом происходит регуляция этого процесса и что случается при его нарушениях, – говорит Ольга Леонидовна. – Кроме того, помимо изучаемого L1 существует еще множество мобильных генетических элементов, функции которых могут быть иными. На все эти вопросы исследователям еще предстоит найти ответы».
