Повреждение генетического материала нервных клеток в процессе развития мозга может спровоцировать функциональное ухудшение, если проблема не исчезнет, как показывают исследования Киотского университета и других учреждений. Это открытие проливает свет на механизмы, лежащие в основе некоторых неврологических заболеваний.
Профессор Кенгаку вместе со своими сотрудниками из Киотского университета обнаружил, что ДНК нейронов повреждается на первых этапах формирования мозга в городе Киото.
Группа исследователей из Киотского университета и других организаций посредством экспериментов на крысах подтвердила, что ДНК нервных клеток подвергается риску во время формирования мозга. Это повреждение происходит, когда нейроны, происходящие из стволовых клеток, пересекают ограниченные пространства в тканях, применяя силы, способные радикально изменить форму их ядер.
Большинство травм восстанавливаются естественным путем. Однако, когда повреждение сохраняется, это может привести к дисфункции нервов и проявлению заболеваний. Выводы этого исследования были опубликованы в престижном британском научном журнале Nature. Важность этого открытия заключается в обеспечении более глубокого понимания клеточных событий, которые в конечном итоге могут привести к сложным неврологическим расстройствам.
Кора головного мозга, самый внешний слой, содержит миллиарды нейронов. Эти нервные клетки, возникающие из стволовых клеток в более глубоких областях, мигрируют через плотные ткани, чтобы достичь коры головного мозга. Хотя предполагалось, что на этом пути применяются силы, было лишь несколько случаев, когда это явление действительно наблюдалось в живых организмах, что делает методологию этого исследования заметным достижением в нейробиологии.
Профессор Минеко Кенгаку и ее команда из Киотского университета проследили за путешествием нервных клеток у мышей в период развития коры головного мозга. Они обнаружили, что форма ядра значительно изменилась, а структура двойной спирали ДНК внутри него разрушалась, когда клетки проходили через более компактные ткани.
Установлено, что двухцепочечные разрывы ДНК могут вызвать гибель клеток или развитие рака. Однако в этом исследовании после завершения миграции и формирования коры головного мозга двухцепочечные разрывы исчезли, и мозг мыши продолжил нормальное развитие.
Для дальнейшего расследования были проведены эксперименты, искусственно моделирующие узкие проходы в мозгу. Нервные клетки и раковые клетки подвергались этим пассажам, размер которых был меньше диаметра ядра. Известно, что раковые клетки также страдают от двухцепочечных разрывов ДНК при сжатии в ограниченном пространстве. Разница заключалась в том, что в раковых клетках ядерная мембрана разрывалась, а нервных клеток оставалась неповрежденной.
В раковых клетках разрушение ядерной мембраны позволяет ДНК вступать в контакт с разрушающими ферментами внутри клетки, вызывая разрывы. Анализ нейронов показал, что топоизомераза, фермент, который обычно устраняет перегибы в ДНК внутри ядра, также вызывает разрывы из-за механического стресса. Однако эти нарушения были сконцентрированы в областях, не имеющих существенного значения для функционирования генов, и были быстро устранены.
Когда мышей генетически модифицировали, чтобы у них была нарушена способность восстанавливать ДНК, их нервные клетки поначалу казались нормальными. Однако впоследствии наблюдалась активация воспалительных клеток и снижение экспрессии генов, имеющих решающее значение для нервной функции. С возрастом функция мозжечка у этих животных стала снижаться, отмечались такие нарушения, как изменение походки.
Профессор Кенгаку так формулирует цель своего будущего исследования: «Я хочу четко понять значение повреждений ДНК в геноме мозга».