Почему нейроны не похожи друг на друга

Почему нейроны не похожи друг на друга

Нейроны человеческого мозга удивили своим разнообразием.

Несколько лет назад выяснилось, что геномы отдельных нейронов существенно отличаются между собой, и различия эти приходятся во многом на копии фрагментов ДНК.

Например, если мы возьмём две клетки из одного мозга и даже из одного и того же функционального участка коры, то мы обнаружим, что в одной и той же хромосоме какой-то её фрагмент у одного из нейронов удвоился, а у другого остался в одинарном виде. Но при том у второго нейрона в нескольких копиях окажется какой-то другой фрагмент, который у первого будет одинарным, и так далее, и так далее. (Копироваться не обязательно должен кодирующий ген, такое может произойти и с какими-нибудь регуляторными ДНК-последовательностями.)

Вообще, раньше считалось, что такие вариации по числу копий (copy-number variation) – вещь сравнительно редкая, однако развитие методов генетического анализа показало, что всё совсем наоборот, и нейроны – наглядное тому подтверждение. Причём любопытно, что вариации возникают по мере созревания клеток, то есть у стволовых предшественников разнобоя в ДНК-копиях до какого-то момента нет, а с какого-то – уже есть.

Но действительно ли подобные генетические отличия на что-то влияют? Может быть, клетка никак не чувствует, что у неё убавилось или уменьшилось копий каких-то кусков ДНК, и молекулярно-клеточная кухня работает у разных нейронов всё-таки одинаково, невзирая на разнобой в копиях?

Выяснить это можно было, только сравнив активность генов одной клетки с активностью генов в другой клетке, в третьей, в десятой и т. д. Задача непростая, а в случае с нейронами она ещё усложняется тем, что нужно как-то отделить один нейрон от другого – а нервные клетки, как мы помним, образуют друг с другом сложнейшую сеть.

Но именно так и поступили исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего: Кунь Чжан (Kun Zhang) и его коллеги использовали мозг умершего человека, чтобы достать клеточные ядра из нескольких тысяч нейронов коры.

Почему именно клеточные ядра? Потому что один из показателей активности гена – это количество матричной РНК (мРНК), которая на нём синтезируется; ДНК с генами заключена в ядре, и синтез мРНК происходит в ядре. (Затем уже, после некоторых дополнительных молекулярных процедур, мРНК отправляется в цитоплазму, где на ней начинается сборка белковых молекул.) Матричную РНК из ядер можно выделить, прочитать и оценить количество каждого её вида по отдельности, и тем самым понять, какие гены насколько активны.

Всего удалось собрать РНК-последовательности из более чем 3 тысяч нейронных ядер. Сами нейроны, выбранные для анализа, брали из шести полей Бродмана – так называют области коры, которые отличаются как по функциям, так и по клеточной структуре; всего их насчитывают 52.

О найденных различиях между нервными клетками авторы работы подробно пишут в статье в Science. Здесь стоит уточнить, что о том, что нейроны бывают разными, мы знаем давно: например, есть нейроны возбуждения и нейроны торможения – тормозящие клетки, активируясь, гасят передачу сигнала в нервной цепочке. Очевидно, что те и другие отличаются друг от друга, в том числе и по молекулярному устройству.

Однако, как выясняется сейчас, разновидностей нервных клеток существует намного больше, и в пределах нейронов возбуждения и нейронов торможения по активности генов можно выделить ещё шестнадцать подтипов. Все они по-разному распределяется по полям Бродмана, и, скажем, зрительная кора по нейронному составу заметно отличается от других пяти участков, из которых исследователи брали клетки.

Как именно отличия в активности генов связаны с вариациями в числе копий, о которых шла речь в начале, пока неясно – здесь нужно будет детально сопоставлять последовательности ДНК в конкретном типе клеток с их же набором мРНК. Также предстоит выяснить, как работают эти новые разные типы нейронов, как отличия в молекулярной генетике соответствуют (и соответствуют ли) отличиям в электрофизиологии. Не исключено, что в других зонах коры найдутся ещё дополнительные клеточные разновидности.

В последнее время появляются работы, посвящённые тем или иным «новым» нейронам, которые обнаруживаются в центральной нервной системе. Однако в данном случае была предпринята попытка в целом оценить, какого клеточного разнообразия нам стоит ждать от собственного мозга, и результаты оказались впечатляющими.

Конечно, учитывая, как много самых разных задач приходится выполнять мозгу, то, наверно, здесь нет ничего удивительного – рано или поздно стало бы очевидным, что многообразие функций должно отражаться не только на строении нейронных сетей, не только на том, кто с кем связан в нейронном контуре, но и на молекулярно-генетических особенностях.

Новости партнеров

Оставить комментарий

Вы можете использовать HTML тэги: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>