Через сутки после смерти в коре человеческого мозга зафиксировали экспрессию генов
Американские ученые выяснили, что в коре человеческого мозга по меньшей мере через сутки после смерти экспрессия некоторых генов не только сохраняется, но и повышается. Результаты работы опубликованы в журнале Scientific Reports.
Традиционно считалось, что клеточные функции, такие как синтез белка, прекращаются вскоре после смерти организма с остановкой дыхания, кровообращения и нервной регуляции. Тем не менее в последние годы эксперименты на животных и некоторых внутренних органах человека показали, что в некоторых тканях активность генов можно зарегистрировать спустя значимый срок после гибели — до двух суток у грызунов и четырех — у рыб. Удавалось даже восстановить некоторые функции мозга свиньи через четыре часа после смерти животного. Однако к посмертному метаболизму человеческого неокортекса — крайне сложной, ресурсоемкой и чувствительной к минимальному снижению кровообращения части мозга, отвечающей за высшую нервную деятельность, подобные результаты практически неприменимы.
Сотрудники нескольких исследовательских центров США под руководством Джеффри Лоуба (Jeffrey Loeb) из Университета Иллинойса в Чикаго симулировали посмертные изменения неокортекса, выдерживая свежие фрагменты его неизмененных тканей, полученные в ходе нейрохирургических операций, при комнатной температуре в течение суток. В этот период образцы исследовали гистологически и оценивали экспрессию различных генов (более 18 тысяч), анализируя транскриптом высокопроизводительным РНК-секвенированием.
Свежие образцы отличались высоким транскрипционным разнообразием и сложным сплайсингом — в них 167 активных генов производили более 1000 изоформ транскриптов.
В первые несколько часов наблюдалось селективное снижение экспрессии генов, связанных с нейрональной активностью (SOCS3, SPP1, ZFP36 и THBS1), то есть обменом нервными импульсами. При этом функционирование генов «домашнего хозяйства» (GAPDH, HMBS, SDHA и UBC), отвечающих за базовые клеточные процессы, оставалось практически незатронутым.
Кластеризация генов показала, что быстрое уменьшение экспрессии нейрональных генов реципроктно сменяется как минимум 24-часовым возрастанием экспрессии в астроглии (группирует, питает, восстанавливает нервную ткань, формирует гематоэнцефалический барьер, регулирует миграцию и активность нейронов) и микроглии (обеспечивает первичную иммунную защиту нервной ткани, очищает ее от клеточного и белкового мусора). Разрастание глии на фоне гибели нейронов подтвердили также гистологически.
По словам Лоуба, удивителен не тот факт, что эти гены имеют отношение к вспомогательным клеткам мозга — именно в их функции входит реакция на повреждение нервной ткани. Больший интерес представляет то, что активность этих генов достигает пика примерно через 12 часов после смерти и сохраняется на протяжении еще как минимум 12 часов.
Исследователи отметили, что полученные ими результаты необходимо принимать во внимание как при академическом изучении посмертных образцов тканей мозга, пораженных различными заболеваниями, так и при проведении судебно-медицинской экспертизы.
О методах исследования изолированных образцов мозга и его моделей можно узнать из подборки «Из головы вон». С работой «ферм тел», где ученые в реальных условиях изучают разложение человеческих трупов, знакомит материал «Наука разложения».
Но сработала только низкая доза
Ученые из США ввели макакам-резус белок Клото. Уровень сывороточного Клото вырос в пять раз после инъекции белка. В итоге обезьяны почти на 20 процентов лучше справились с задачей на память, и эффект не прошел даже после двух недель. Но если на мышах работали разные дозы белка, то макакам хватило 10 микрограмм на килограмм массы тела — большие дозы не улучшали память. Результаты опубликованы в Nature Aging. В конце 20 века ученые открыли белок Клото (Klotho), который назвали в честь древнегреческой богини, прядущей нить жизни. Выяснилось, что мыши с дефектным геном Klotho начинают стареть уже спустя 3–4 недели после рождения, а еще у них развивается остеопороз, атеросклероз и другие патологии, а к двум месяцам они умирают. Мыши, чрезмерно экспрессирующие Klotho, напротив, живут на 20–30 процентов дольше, а их память лучше. Еще сверхэкспрессия белка защищала мозг мышей от повреждений, связанных с болезнями Альцгеймера и Паркинсона. Люди с повышенными уровнями белка тоже живут дольше, их когнитивные способности лучше, а еще у них ниже риск развития деменции и болезни Альцгеймера. В организме синтезируется две формы белка Клото — трансмембранная и секретируемая. В крови еще циркулирует растворимая форма белка, которая получается, когда ферменты отрезают от трансмембранного белка кусок. Растворимая форма может действовать как гормон, влияя на сигналинг инсулина, фактора роста фибробластов (FGF), функцию Wnt и NMDAR. Растворимую форму Клото вводили мышам в виде инъекций, и это повышало синаптическую пластичность, улучшало познание и устойчивость нейронов к старению. Стейси Кастнер (Stacy A. Castner) из Йельской школы медицины и ее коллеги решили проверить, улучшится ли память у нечеловеческих приматов, макаков-резус (Macaca mulatta), если им подкожно ввести белок Клото. Макаки-резус, как и люди, страдают от возрастного когнитивного снижения, хотя и без значительной потери нейронов. Сначала белок Клото макак ученые ввели мышам — в дозировке 10 микрограмм белка на килограмм массы тела. В предыдущих исследованиях такая доза увеличивала синаптические и когнитивные функции мышей. Здесь спустя 4 часа у мышей улучшилась синтетическая пластичность и рабочая память, которую проверяли в У-образном лабиринте. Уровень белка Клото в сыворотке мышей после инъекции увеличился в шесть раз. Затем ученые попытались повысить уровень белка в сыворотке стареющих макак, которым было в среднем около 22 лет (что эквивалентно человеческим 65), до того же уровня. Для этого они вводили макакам разные дозы Клото: от 0,4 до 30 микрограмм на килограмм массы тела. Доза в 10 микрограмм на килограмм повысила уровень сывороточного белка в пять раз. Уровень Клото в человеческой пуповинной крови тоже примерно в пять раз выше, чем в крови взрослых, — поэтому на дозе в 10 микрограмм ученые и остановились. Обезьян учили запоминать расположение отсека с пищевым вознаграждением, и таким образом оценивали их рабочую память. Задачи с нормальной сложностью, в которых было от 4 до 7 отсеков, они выполняли успешно, но не всегда справлялись с повышенной сложностью, когда отсеков было уже от 6 до 9. Уже через четыре часа после однократной инъекции белка Клото макаки стали лучше решать задачу, особенно — ее сложный вариант. Процент правильных ответов в сложной задаче увеличился с 45 до почти 60 (P = 0,0077). Этот эффект сохранялся спустя две недели и не зависел от пола. А вот более высокие дозы — 20 и 30 микрограмм на килограмм массы тела — не привели к когнитивному улучшению у макак, но и хуже не сделали. В отличие от обезьян, на мышей в предыдущих исследованиях высокие дозы белка действовали положительно. Возможно, слишком высокие дозы нарушают метаболизм у нечеловеческих приматов. Авторы предположили, что когнитивного улучшения у людей также можно будет достичь с помощью небольших, физиологических доз гормона. Также ученым еще предстоит выяснить, как сигналы белка передаются в мозг, поскольку введенный в кровь Клото сам не пересекает гематоэнцефалический барьер. Не так давно ученым удалось улучшить рабочую память людей, посветив на мозг лазером — через кожу и череп. До стимуляции люди могли запомнить 3–4 фигуры на картинке, а после — 4–5.
