Tế bào thần kinh thay đổi DNA của chính chúng 06.05.2015

Sự ổn định của DNA là chìa khóa cho một cuộc sống lâu dài và hạnh phúc, vì vậy tế bào cố gắng loại bỏ tất cả các đột biến với sự trợ giúp của các máy phân tử đặc biệt. Tất nhiên, ở đây chúng ta có thể nhớ lại hiện tượng lai chéo, xảy ra, ví dụ, trong quá trình trưởng thành của tế bào mầm (và trong các tế bào đang phân chia nói chung) - trong quá trình lai chéo, sự trao đổi đoạn DNA trên quy mô lớn xảy ra giữa các nhiễm sắc thể tương đồng. .

Tuy nhiên, quá trình này đang được kiểm soát cẩn thận, và nó vẫn gắn liền với quá trình phân chia tế bào. Đối với các trường hợp bất ổn định khác của hệ gen, chúng phát sinh do các nguyên nhân bên ngoài (chẳng hạn như bức xạ đột biến), hoặc do hoạt động không chính xác của các cỗ máy phân tử liên quan đến quá trình nhân đôi và sửa chữa DNA. Một tế bào bình thường, khỏe mạnh cố gắng theo dõi những thay đổi trong nhiễm sắc thể càng chặt chẽ càng tốt và nếu có thể, khôi phục mọi thứ như ban đầu.

Tất cả những điều đáng ngạc nhiên hơn là kết quả của nhóm nghiên cứu của Hongjun Song tại Đại học Johns Hopkins. Ông và các cộng sự đã phát hiện ra rằng các tế bào thần kinh não bình thường, trưởng thành liên tục tạo ra những thay đổi đối với DNA của chính chúng bằng cách sử dụng các dấu hiệu biểu sinh. Như bạn đã biết, để thay đổi hoạt động của một gen cụ thể, tế bào không cần can thiệp vào trình tự nucleotide, chỉ cần cung cấp cho gen đó những dấu hiệu đặc biệt sẽ làm cho nó kém hấp dẫn hơn đối với protein tổng hợp RNA. Các dấu hiệu này là các nhóm metyl được gắn vào gốc nitơ của cytosine, một trong bốn "chữ cái" của mã di truyền. (Trong ngoặc đơn, đề phòng trường hợp, chúng tôi lưu ý rằng các dấu metyl và quy định biểu sinh nói chung không phải là cách duy nhất để kiểm soát hoạt động của gen.)

Quá trình methyl hóa DNA rất dễ dàng, nhưng có thể xảy ra trường hợp nhãn cần được loại bỏ khỏi cytosine. Điều này không còn dễ thực hiện nữa, và ở đây toàn bộ chuỗi phản ứng được khởi động, và trên đường đi, chữ "chữ cái" được dán nhãn được cắt ra và cytosine thông thường, không được metyl hóa được chèn vào vị trí của nó. Đó là, một lỗ hổng được hình thành trên một trong các chuỗi DNA, là yếu tố gây mất ổn định mạnh - sau cùng, một số “chữ cái” khác có thể nhầm lẫn vào đây, và chúng ta sẽ nhận được một đột biến thực sự. Tuy nhiên, các quá trình methyl hóa và khử methyl DNA diễn ra khá tích cực trong tế bào động vật có vú, ngay cả trong cơ quan “mỏng manh” như não, cơ quan thường được bảo vệ tối đa khỏi môi trường bên ngoài không thể đoán trước và từ phần còn lại của cơ thể.

Trong bài báo của họ trên Nature Neuroscience, các tác giả viết rằng trong tế bào thần kinh não chuột, hoạt động khử methyl rõ ràng có liên quan đến tính dẻo của tế bào tiếp hợp. Tính dẻo của khớp thần kinh được hiểu là khả năng của một tế bào thần kinh để điều chỉnh sức mạnh của kết nối giữa các dây thần kinh với các tế bào lân cận của nó - nhờ nó, xung động trong chuỗi có thể yếu đi hoặc tăng lên. Ở cấp độ phân tử, điều này có thể được thấy bằng cách số lượng chất dẫn truyền thần kinh truyền tín hiệu từ nơ-ron này sang nơ-ron khác thay đổi như thế nào và số lượng thụ thể chất dẫn truyền thần kinh ở "bên nhận" thay đổi như thế nào - phạm vi thay đổi càng rộng thì càng lớn. tính dẻo của nơron. Vì vậy, khi gen Tet3, ngăn chặn quá trình khử methyl, bị tắt trong tế bào não, độ dẻo của khớp thần kinh tăng lên; ngược lại khi kích thích hoạt động của Tet3 thì độ dẻo giảm.

Các thí nghiệm tiếp theo cho thấy gen Tet3 ảnh hưởng đến mức độ của protein GluR1 tiếp hợp, protein này chỉ hoạt động như một thụ thể cho các chất dẫn truyền thần kinh. Nếu các tế bào thần kinh bắt đầu phản ứng với kích thích không đáng kể nhất, hoạt động của Tet3 tăng lên, và kết quả là mức độ thụ thể GluR1 giảm - tức là các tế bào ngừng phản ứng với những thay đổi nhỏ nhất trong xung động, các khớp thần kinh trở lại chế độ hoạt động tiêu chuẩn. Nhưng điều ngược lại cũng có thể đúng: nếu hoạt động của các khớp thần kinh bị giảm đáng kể, thì trong Tet3 nó cũng giảm theo, do đó mức độ GluR1 tăng lên - điều này được phản ánh trong hoạt động của các khớp thần kinh. Hoạt động của gen chịu trách nhiệm khử methyl có thể được nhìn thấy bằng trạng thái của DNA, bằng tần suất một nucleotide bị cắt ra trong đó.

Độ dẻo của khớp thần kinh gắn liền với khả năng học hỏi - người ta tin rằng càng nhiều thì càng tốt cho não. Nhưng rõ ràng nó phải có một số loại cơ quan điều hòa, một trong số đó bất ngờ hóa ra là gen Tet3, phản ứng với những thay đổi trong hoạt động của các điểm tiếp xúc giữa các dây thần kinh. Tất nhiên, câu hỏi được đặt ra là làm thế nào chính xác "vi phẫu" này của DNA, tức là, việc cắt liên tục các chữ cái từ một chuỗi nucleotide, ảnh hưởng đến khả năng của các khớp thần kinh phản ứng với các tín hiệu khác nhau. Có thể những khoảng trống trong chuỗi DNA rơi chính xác vào những gen ảnh hưởng trực tiếp đến sức mạnh và độ nhạy của các khớp thần kinh, nhưng những gì chính xác xảy ra ở đó chỉ có thể được biết từ các nghiên cứu sâu hơn.