Новая буква ДНК предполагает наличие особых функций мозга

Относительно недавно алфавит ДНК расширился. Ученые обнаружили, что «шестое основание» или «шестой нуклеотид» является поразительно многочисленной составляющей ДНК – буква встречается в стволовых клетках и клетках мозга

Сегодня, ученые в Медицинской школе университета имени Эмори исследуют природу образцов, сформированных этой буквой в мозгах мышей, наблюдая за тем, как «шестой нуклеотид» распределяется в геноме и изменяется в процессе развития и старения.

Эти частицы, устойчивые или динамичные, в зависимости от гена, дают основания предполагать, что 5-гидроксиметилцитозин (молекула 5hmC является производным цитозина – одного из четырех первоначальных оснований ДНК – к которому добавляется сначала метильная, а затем гидроксильная группа) имеет собственные отличные функции, которые еще полностью не определены и не изучены.

«Наши данные позволяют утверждать, что 5-hmC – это не просто переходное звено, - говорит исследователь Пенг Чжин, доктор философии, адъюнкт-профессор антропогенетики в Медицинской школе Университета Эмори. - Похоже, что у «шестого нуклеотида» есть определенные функции в стволовых клетках и клетках мозга. 5-hmC может балансировать ген – включать его, если он был выключен, и наоборот».

Результаты последнего исследования были изданы 30 октября журналом «Природа. Нейронаука». Эта статья является первым отчетом о том, как образцы 5-hmC изменяются и перераспределяются в мозге мыши в процессе ее развития и старения; также в статье опубликованы некоторые данные о «поведении» 5-hmC в образцах ДНК человеческого мозга.

Доктор нейробиологии Кит Зальвах и преподаватель Ксаекун Ли – партнеры, ведущие собственные исследования, которые касаются «шестого основания», и сотрудники Чикагского университета и университета Висконсина-Мадисона, участвовали в написании статьи.

Как говорилось ранее, 5-гидроксиметилцитозин (5-hmC) – это эпигенетическая модификация цитозина. Эпигенетические модификации – это изменения, которые инициируют включение или выключение гена, но не являются частью основной последовательности ДНК. 5-hmC напоминает 5-метилцитозин (5-mC) – предыдущее измененное основание ДНК - цитозина, которое ученые исследовали в течение многих десятилетий. До недавнего времени химические методы не позволяли ученым говорить о различии между ними.

В отличие от 5-метилцитозина, 5-гидроксиметилцитозин, как оказалось, развивается на активных генах, особенно в клетках головного мозга. 5-hmC находят в генах, которые выключены или могут быть частью эволюционно древней иммунной системы, или же частью чужеродной ДНК. Когда стволовые клетки превращаются в клетки, которые становятся составляющими крови, мускулов или мозга, 5-hmC помогает блокировать гены, которые не должны быть включены, тогда нежелательная наследственная информация от гена (последовательности нуклеотидов ДНК) не преобразуется в функциональный продукт — РНК или белок. Изменения в распределении 5-hmC могут способствовать преобразованию здоровой клетки в раковую клетку.

Скорее всего, работа именно молекулы 5hmC предопределяет развитие аутизма и ряда других болезней

Похоже, что 5-hmC, может появиться только в той ДНК, где уже присутствует 5-mC. Это могло быть подсказкой к распространенной ранее теории о том, что 5-hmC – это промежуточное звено, когда клетка собирается удалить или изменить отметку 5-hmC. Чжин говорит, что образцы, которые исследует его команда, рассказывают другую историю, по крайней мере, это справедливо для некоторых генов. В таких генах уровень 5-hmC устойчиво держится на одном уровне и с возрастом увеличивается.

Команда Эмори применила к 5-hmC химическую маркировку, они работали в сотрудничестве с учеными из Чикагского университета. Совместными усилиями, ученые обнаружили, что молекул 5-hmC в десять раз больше в клетках мозга, чем в стволовых клетках, но еще больше этих молекул в теле некоторых генов.

Кроме того, исследователи нашли относительную нехватку 5-hmC в X-хромосомах и в мужских и в женских организмах. Этот факт тоже вызывает удивление, говорит Чжин, так как уже давно известно, что X-хромосома – это предмет особой формы регуляции только в женском организме. У мужчин одна X-хромосома, у женщин - две, и одна из этих X-хромосом в женских клетках инактивирована.

Команда Чжин начинает исследовать влияние 5-hmC на изменения в неврологических процессах. Вероятно, «работа» этой молекулы может стать причиной некоторых расстройств, включая синдром Ретта и аутизм.

Исследование поддержали Национальные институты здоровья многих стран, Фонд Симонса и Институт исследования генетики имени Эмори.