Протягом кількох останніх десятиліть вчені намагалися встановити генетичні причини неврологічних і психічних захворювань - від шизофренії до аутизму. Але гени, які досі вдалося пов'язати з цими розладами, надають лише поверхневі вказівки. Навіть найважливіші генетичні фактори ризику, які вдалося встановити для аутизму, відповідальні лише за кілька відсотків випадків.

Ключові мутації, які значно збільшують ризик розвитку цих захворювань, зазвичай дуже рідкісні й тільки зрідка передаються нащадкам. Поширеніші мутації, своєю чергою, пов'язані з невеликими ризиками (їх значущість, однак, збільшується, якщо їх розглядати в масштабах цілої популяції). Прогалина між генетичними факторами ризику та нервовими і психічними захворюваннями тривалий час не давала спокою вченим. І лише нещодавно з'явилося розуміння того, що саме може заповнювати цю прогалину. Мова при цьому йде про ідею, яка перевертає фундаментальні засади біології і захоплює вчених цілком новою дослідницькою перспективою.

Дотепер вважалося, що в ядрі кожної клітини присутній однаковий геном. Але останні дослідження доводять, що насправді це не так. Одразу кілька джерел спонтанних мутацій у соматичних (нестатевих) клітинах призводять до того, що в тілі кожного індивіда присутні багато геномів. Біологи називають це явище соматичним мозаїцизмом.

«Ще десять років тому така ідея вважалась би чимось зі сфери наукової фантастики, - каже біохімік Джеймс Ебервайн з Університету Пенсильванії. - Нас вчили в школі, що кожна клітина має однакову ДНК, але це не так». Вчені схиляються до думки, що соматичний мозаїцизм найбільше виявляється саме в мозку. Саме він, мабуть, є тією відсутньою ланкою, яка досі не дозволяла пояснити, як гени впливають на розвиток психічних і нервових захворювань.

Два роки тому для вивчення явища соматичного мозаїцизму була сформована Мережа дослідження соматичного мозаїцизму мозку (The Brain Somatic Mosaicism Network, BSMN). 27 квітня дослідники BSMN опублікували статтю в часописі Science з описом методології дослідження генетичного різноманіття нейронів і встановлення зв'язків між цим різноманіттям і низкою неврологічних захворювань. Національний інститут психічного здоров'я виділив 30 млн доларів на фінансування досліджень BSMN терміном на три роки, два з яких вже минули.

BSMN складається з 18-ти дослідницьких команд, які працюють у 15-ти американських наукових інституціях. Кожна з команд вивчає зразки тканин людського мозку, взяті від здорових людей і осіб із різними психічними та нервовими захворюваннями, зокрема шизофренією, аутизмом, біполярним розладом, синдромом Туретта й епілепсією.

Попередні дослідження встановили поширеність явища соматичного мозаїцизму. Зокрема науковці виявили сотні змін в окремих літерах генетичного коду (т. зв. однонуклеотидні варіанти, SNV) в нейронах мозку миші. В іншому дослідженні вчені підтвердили майже тисячу таких змін у людських нейронах. Результати цих досліджень свідчать про те, що соматичний мозаїцизм є радше правилом, ніж винятком, і потенційно кожен нейрон має різний геном.

 Головна причина соматичних мутацій пов'язана з помилками під час реплікації ДНК, які настають при поділі клітини. В процесі розвитку мозку відбувається десятків мільярдів мутацій нервових прогеніторних клітин (дорослий мозок містить приблизно 80 млрд нейронів). Як наслідок, ДНК в кожній окремій клітині мозку відрізняється від генетичного зразка, що несе інформацію про всі функції організму. Генетичне секвенування зазвичай не охоплює соматичних мутацій у кожній клітині. «Ви отримуєте щось на кшталт усередненого геному особи, який не враховує будь-яких специфічних для мозку мутацій», - каже провідний автор дослідження Майкл МакКоннел з Вірджинського університету.

Дослідження 2012 року виявило соматичні мутації в мозку дітей з гемімегаленцефалією (рідкісною патологією, під час якої одна півкуля мозку збільшена, що призводить до епілепсії та розумової відсталості). Важливо, що мутації виявили в тканині мозку, однак їх не було в крові і навіть у неуражених ділянках мозку (в уражених вони зустрічалися у 8-35% клітин). Такі дослідження доводять, що соматичні мутації можуть зумовлювати проліферацію специфічних популяцій клітин, які призводять до вад розвитку кори. А це наводить на думку, що соматичні мутації можуть відігравати роль і в більш комплексних захворюваннях.

У дорослому мозку нейрони перестають ділитися і є одними з найдовговічніших клітин в організмі. Тож не викликає подиву те, що мутації мають шанс «застрягнути» саме в мозку. «Клітини шкіри чи кишківника оновлюються протягом місяця або навіть тижня, тож соматичні мутації там не затримуються - якщо, звісно, це не ракові мутації, - каже Майкл МакКоннел. - Натомість мутації у клітинах мозку можуть залишитися з вами на все життя». Ці мутації потенційно можуть вплинути на функціонування нервових мереж, збільшуючи ризик розвитку нервово-психічних розладів.

«Саме цю гіпотезу й потрібно перевірити. Для цього треба секвенувати ДНК в клітинах мозку пацієнтів із відповідними захворюваннями та контрольної групи. Це дозволить сформувати мапу соматичних мутацій, які можуть лежати в основі тієї чи іншої хвороби. - каже Ебервайн. - Вивчення цих механізмів є критично важливим для нейронауки».

 

Джерело: Scientific American
Зреферував Євген Ланюк,
«Збруч»