Хищники вынудили ривулусов и их потомство отрастить побольше мозговых клеток
Американские ученые выяснили, что мозг рыбок ривулусов Харта (Rivulus hartii), живущих в местах с большой концентрацией хищников, отличается бóльшим количеством клеток по сравнению с мозгом ривулусов, живущих изолированно. При этом такой эффект сохраняется и в потомстве той и другой популяции, родившемся и живущем в лаборатории, что означает, что подобная связь регулируется генетически, пишут ученые в Proceedings of the Royal Society B.
Мозг — орган достаточно пластичный: количество клеток в нем меняется с возрастом, сопровождая процессы нейронного развития, а затем — нейродегенерации. Самая интересная особенность подобной пластичности — это то, что мозг может меняться и под воздействием внешних факторов: в частности, это помогает не потерять определенные функции в том случае, если отвечающие за них участки мозга повреждаются.
При этом внешние факторы зачастую достаточно сложно отделить от генетических: фенотипические различия в популяции, определяемые структурными различиями головного мозга, могут присутствовать изначально, а внешние факторы, в свою очередь, будут отвечать только за то, чтобы они проявились. Для того, чтобы проверить это наверняка, необходимо найти такой вид, который, с одной стороны, можно четко разделить по внешним фактором, а с другой, ограничить от воздействия совсем — например, вырастить в лаборатории.
Ривулусы Харта — отличный пример такого вида: обитающие у острова Тринидад особи делятся на изолированную популяцию и популяцию, которая обитает в местах с большой концентрацией хищных рыб (например, трахир). Места их обитания находятся рядом, поэтому наличие хищников — единственный (но весьма значимый) внешний фактор, который влияет на их жизнь.
Изучить тринидадских ривулусов подробнее решили ученые под руководством Кента Данлэпа (Kent Dunlap) из Тринити-колледжа (Хартфорд, США). Для этого они отловили семь особей-самцов из каждой популяции, а также получили потомство от каждой из них в лаборатории в одинаковых условиях — без хищников. Каждую особь измерили, а затем умертвили и измерили объем головного мозга. Ученые также оценили пролиферацию (размножение) клеток в определенных отделах мозга ривулусов иммуногистохимическим методом — с помощью маркера-антигена.
Несмотря на небольшие различия в размерах мозга, в мозге ривулусов, обитавших в местах с высокой концентрацией хищников, пролиферация была значительно (p < 0,0001) выше во всех изученных областях мозга. Другими словами, соседство с хищниками оказалось связано с повышенной плотностью клеток в мозге ривулусов — и то же самое различие (p < 0,0001) наблюдалось и в мозге рыбок-потомков, которых вырастили и держали в лабораторных условиях вдали от их естественного места обитания.
Ученым, таким образом, удалось указать на пластичность мозга ривулусов, связанную с присутствием и воздействием хищников. При этом то, что характерные изменения сохранились и у потомства, говорит о том, что подобная пролиферация определяется генетически, а внешние факторы (присутствие хищников) играют регуляторную роль.
Разумеется, то, насколько мозг пластичен, зависит от вида: например, несколько лет назад ученые выяснили, что человеческий мозг гораздо пластичнее, чем мозг шимпанзе, что и позволяет нам быстрее обучаться большему количеству самых разных навыков.
Елизавета Ивтушок
Также на когнитивное снижение повлияли варианты Гена APOE: аллель APOE4 его ускорила, а аллель APOE2 — замедлила
Исследователи из Колумбии и США изучили, как генотип аполипопротеина и годы образования влияют на когнитивные функции при наследственной болезни Альцгеймера. Выяснилось, что у носителей мутации PSEN1 E280A, связанной с семейной болезнью Альцгеймера, когнитивное снижение наступает раньше и развивается быстрее, если у них в то же время есть аллель APOE4, а у таких же носителей, но с аллелью APOE2, это снижение происходит медленнее. Также более медленное снижение когнитивных способностей было характерно для пациентов, которые больше лет жизни потратили на учебу, — и это к тому же ослабляло влияние особенно опасных вариантов APOE. Результаты опубликованы в Nature Communications. При семейной или наследственной болезни Альцгеймера (БА) когнитивный спад наступает рано и за несколько лет прогрессирует до слабоумия. Семейную болезнь Альцгеймера вызывают некоторые мутации, например, мутация E280A в гене мембранного белка пресенелина PSEN1. Еще один ген, влияющий на развитие и течение БА — ген белка аполипопротеина Е (APOE). Разные варианты этого гена связаны с большим или меньшим риском спорадической (ненаследственной) болезни Альцгеймера: аллель APOE4 повышает риск, а аллель APOE2 снижает его. О том, как варианты APOE влияют на развитие семейной БА известно мало. Одно небольшое исследование показало, что деменция у носителей мутации PSEN1 E280A наступает раньше, если у них есть аллель APOE4. Другое исследование не обнаружило влияния APOE4, но выявило, что аллель APOE2 задерживает клиническое начало заболевания примерно на 8 лет. Кроме того, на развитие БА влияют другие факторы: образ жизни, социально-экономические условия и другие показатели здоровья. Стефани Лангелла (Stephanie Langella) из Гарвардской медицинской школы вместе с коллегами из Колумбии и США решила выяснить, как варианты APOE и количество лет учебы влияют на когнитивные показатели пациентов с наследственной БА (исследователи не выделяли отдельно высшее образование или ученую степень, а смотрели именно на число лет, уделенных образованию). Для этого они проанализировали данные 675 носителей мутации E280A и 594 пациентов, у которых этой мутации не было. Носители и неносители мутации были членами одних и тех же семей. Ученые сравнивали баллы пациентов в краткой шкале оценки психического статуса (MMSE), которую используют для диагностики клинических проявлений деменции. Баллы MMSE у носителей и неносителей мутации PSEN1 E280A начинали различаться уже в возрасте 31,5 года — с этого момента когнитивные показатели носителей снижаются намного быстрее. У пациентов с мутацией E280A, у которых также была аллель APOE4 (141 человек), клиническое начало БА было более ранним, а у пациентов с мутацией E280A, но без аллели APOE4 (534 человека) — наоборот, наступало позже. Расхождения начинались в возрасте 44,3 лет — как раз во столько появляются первые признаки болезни Альцгеймера у пациентов с наследственной формой. Другая аллель, APOE2, напротив, была связана с более медленным когнитивным снижением в группе носителей PSEN1 E280A. А вот когнитивные траектории пациентов без мутации E280A были примерно одинаковыми и не зависели в от варианта APOE. Также исследователи обнаружили, что возраст начала клинических проявлений БА у пациентов с мутацией PSEN1 E280A зависел от количества лет, которые они потратили на учебу. Их когнитивные показатели снижались тем медленнее, чем больше они учились, — и это проявлялось особенно сильно у носителей аллели APOE4 и неносителей APOE2. То есть отрицательный эффект аллели APOE4 ослаблялся. Почти то же было и с неносителями мутаций, связанных с БА: более долгая учеба была связана с более высокими баллами MMSE, но здесь варианты APOE роли не играли. Пока не ясно, как именно аллель APOE4, связанная с большим риском, ухудшает течение семейной болезни Альцгеймера, и как другая аллель — APOE2 — от нее защищает. Но, как видно, большая продолжительность учебы снижает дополнительный риск. А иногда от вредного действия мутаций защищают другие мутации. Недавно исследователи обнаружили мутацию, которая отсрочила развитие семейной болезни Альцгеймера у мужчины. Это был редкий вариант гена RELN — H3447R или RELN-COLBOS. Клинические проявления начались у пациента почти на 20 лет позже обычного. Мужчина был не первым счастливчиком: до этого подобный случай был с женщиной, у нее мутация была как раз в гене APOE.