ДНК в клетках человека животных довольно часто повреждается из-за воздействия внешних и внутренних факторов: ошибок ферментов, излучения, свободных радикалов внутри ядра и других. ДНК повреждается десятки тысяч раз в день, что очень опасно для клетки — разрывы приводит к нарушениям матричных процессов и гибели клетки. Чтобы избежать негативных последствий повреждений, в клетке существуют системы репарации — ферменты, которые восстанавливают разные типы разрывов и нарушений в структуре нуклеотидов. Обычно для этого участок с повреждением удаляется, а на его месте заново строится правильный.
При этом большинство систем репарации активны во время репликации (удвоения) ДНК для последующего деления клетки. Поэтому особенно тяжело справляться с разрывами тем клеткам, которые редко (или вообще не) делятся. К ним в первую очередь относятся нейроны — самые долгоживущие клетки человеческого организма. Однако до сих пор процессы репарации в нейронах изучались мало.
По сравнению с другими клетками в нейронах оказалось довольно много районов, прошедших репарацию. При этом они возникали не случайно, а в горячих точках — местах, которые сохранялись в разных клетках. Из них 23,5 процента находились в открытых областях, которые активно транскрибируются. При этом исследователи отмечают, что многие из них были и в промоторах — сайтах посадки ферментов транскрипции на ДНК, которые по своим свойствам похожи на другие регуляторные элементы (энхансеры). Примерно 67 процентов всех сайтов репарации (а не только горячих точек) приходились на гены, особенно с высоким уровнем транскрипции в нейронах.
Исследователи также провели анализ 3D-структуры генома, чтобы оценить контакты между участками ДНК. Такие контакты играют важную роль во взаимодействии генов и соответствующих регуляторных элементов и напрямую влияют на активность генов. Внутри областей с большим количеством контактов между участками (топологически-ассоциированных доменов или ТАДов) уровень репарации был примерно одинаковым, но большее количество восстановленной ДНК было среди «активного» А-компартмента.
Биологи проанализировали гены, в которых репарация проходила чаще, чем в других. Оказалось, что к ним относились те, что связаны со сплайсингом и нейродегенеративными заболеваниями (в том числе с болезнью Альцгеймера). Интересно, что сайты репарации располагались поблизости с сайтами метилирования ДНК, которое считается биологическими часами из-за связи со старением. Исследователи предполагают, что изменения в метилировании с возрастом способны смещать горячие точки репарации, из-за чего связанные с болезнями гены накапливают больше ошибок и нейроны гибнут. Новый метод позволит исследовать с новой стороны как нейродегенеративные заболевания, так и процессы репарации в других клетках-долгожителях.
Исследования специфики работы нейронов позволяет разобраться в механизмах развития заболеваний мозга и другим ученым. Так, например, недавно биологи разобрались в механизме возбуждения нейронов предрасположенных к шизофрении пациентов. Они тоже получили нейроны из стволовых клеток и показали, что в их мембранах нарушена работа кальциевых каналов.
Источник: nplus1.ru
