Нейроны уличили в переписывании собственного эпигенома

Уровень рецептора GluR1 в нормальных нейронах и в нейронах с повышенной активностью Tet3

Huimei Yu, Johns Hopkins Medicine

Ученые из Медицинской школы Джона Хопкинса и нескольких других исследовательских организаций США обнаружили, что нейроны постоянно переписывают эпигенетическую информацию, хранящуюся в их ДНК. Причем результатом такого переписывания является изменение активности их синапсов и, следовательно, физиологической памяти. Работа опубликована в журнале Nature Neurobiology, кратко о ней можно прочитать в пресс-релизе Школы.

Речь в исследовании идет о процессе, обратном метилированию, то есть навешиванию метильной метки на цитозин, одно из четырех оснований в ДНК. В целом метильные метки в ядре выполняют функцию «маркеров архивации», помеченная ими ДНК выключается из активной работы. Еще несколько лет назад считалось, что метилирование ДНК в дифференцированных клетках необратимо, то есть получив однажды такую метку на данном участке нуклеиновой кислоты, обычная клетка уже не сможет ее снять (хотя в половых клетках большая часть эпигенетических маркеров «обнуляется»). Однако 2011 году оказалось, что это не совсем так. В нейронах и некоторых других клетках метилированные цитозины могут заменяться на неметилированные. Причем происходит это по экзотическому для эпигенетики пути – через удаление основания и однонуклеотидную замену. Метильная группа цитозина при этом окисляется до гидроксильной, а затем и весь гидроксилированный цитозин удаляется из ДНК. Запускают этот процесс белки семейства Tet. В одной из двух цепей на месте бывшего цитозина появляется «дырка», которую специализированные ферменты достраивают, ориентируясь на то, какое основание осталось во второй цепи. Этот способ репарации довольно опасен для клетки, так как потенциально ведет к появлению мутаций, – сложно было ожидать, что он может использоваться клеткой «в обычной жизни». Тем не менее, результаты новой работы подтверждают, что это так. Еще до нее было известно, что в препаратах ДНК мозга содержится наибольшое количество гидроксицитозина; авторам же новой работы удалось показать, что деметилирование встроено в регуляцию активности нейронов. Ученые работали с культурами нейронов, которые выращивают в специальной среде на пластиковых чашках. Исследователи заметили, что выключение (нокаут) генов белков Tet1 или Tet3 (именно они окисляют метилцитозин) приводит к усилению синаптической передачи. А повышение их активности выше нормы наоборот, снижает «силу» синапсов. Связано это оказалось с изменением концентрации синаптических рецепторов (GluR1), которые вылавливают из синаптической щели нейромедиаторы. Чем их больше, тем более чувствительны синапсы и тем легче возбуждается нерон. Таким образом, деметилирование ДНК оказалось не только важным механизмом контроля уровня активности генов в нейронах, но и ключевым процессом для регуляции их активности. Поскольку синаптическая пластичность (изменение «силы» синапсов со временем) является основой памяти, новая работа позволяет рассматривать деметилирование как связывающее звено между физиологической и эпигенетической памятью.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.