Ранний жизненный опыт влияет на ДНК в мозге взрослого человека

Ранний жизненный опыт влияет на ДНК в мозге взрослого человека

Ученые из Солка обнаружили, как материнское поведение меняет клетки мозга у мышей

ЛА ХОЛЛА. В вечном вопросе о природе и воспитании новое исследование предлагает интригующую связь между ними. Ученые Института Солка сообщают в журнале Наука что тот тип материнства, который самка мыши оказывает своим детенышам, на самом деле изменяет их ДНК. Работа поддерживает исследования о том, как окружающая среда детства влияет на развитие мозга у людей, и может дать представление о нервно-психических расстройствах, таких как депрессия и шизофрения.

«Нас учат, что наша ДНК — это нечто стабильное и неизменное, что делает нас теми, кто мы есть, но на самом деле она гораздо более динамична», — говорит Расти Гейдж, профессор Лаборатории генетики Солка. «Оказывается, в ваших клетках есть гены, которые способны копировать себя и перемещаться, а это означает, что в некотором роде ваша ДНК действительно меняется».

Уже как минимум десятилетие ученым известно, что ДНК большинства клеток мозга млекопитающих претерпевает изменения, из-за которых каждый нейрон, например, немного отличается от своего соседа. Некоторые из этих изменений вызваны «прыгающими» генами — официально известными как длинные вкрапленные ядерные элементы (LINE) — которые перемещаются из одного места генома в другое. В 2005 году лаборатория Гейджа обнаружила, что прыгающий ген под названием L1, который, как уже было известно, копирует и вставляет себя в новые места в геноме, может прыгать в развивающихся нейронных клетках мозга.

Команда выдвинула гипотезу, что такие изменения создают потенциально полезное разнообразие среди клеток мозга, настраивая функции, но также могут способствовать возникновению нейропсихиатрических состояний.

«Хотя мы уже давно знаем, что клетки могут приобретать изменения в своей ДНК, предполагалось, что, возможно, это не случайный процесс», — говорит Трейси Бедросян, бывший научный сотрудник Солка и первый автор исследования. «Возможно, в мозгу или в окружающей среде есть факторы, которые вызывают более или менее частые изменения».

Чтобы выяснить это, Гейдж, Бедросян и их коллеги начали с наблюдения естественных различий в материнской заботе между мышами и их потомством. Затем они изучили ДНК гиппокампа потомства, который отвечает за эмоции, память и некоторые непроизвольные функции. Команда обнаружила корреляцию между материнской заботой и количеством копий L1: у мышей с внимательными матерями было меньше копий прыгающего гена L1, а у мышей с пренебрежительными матерями было больше копий L1 и, следовательно, больше генетического разнообразия в их мозгу.

Чтобы убедиться, что разница не была случайностью, команда провела ряд контрольных экспериментов, в том числе проверку ДНК обоих родителей каждого помета, чтобы убедиться, что потомство не просто унаследовало количество L1 от родителя. как подтверждение того, что дополнительная ДНК на самом деле была геномной ДНК, а не случайным генетическим материалом из-за пределов клеточного ядра. Наконец, они перекрестно воспитывали потомство, так что мыши, рожденные от нерадивых матерей, воспитывались внимательными, и наоборот. Первоначальные результаты корреляции между количеством L1 и стилем материнства подтвердились: мыши, рожденные от небрежных матерей, но выращенные внимательными, имели меньше копий L1, чем мыши, рожденные от внимательных матерей, но выращенные небрежными.

Исследователи выдвинули гипотезу о том, что дети, чьи матери были небрежны, были более подвержены стрессу, и что каким-то образом это заставляло гены копироваться и перемещаться чаще. Интересно, что не было подобной корреляции между материнской заботой и числом других известных генов прыжков, что предполагает уникальную роль L1. Итак, затем команда рассмотрела метилирование — образец химических меток на ДНК, который сигнализирует о том, следует или не следует копировать гены, и на который могут влиять факторы окружающей среды. В этом случае метилирование других известных генов прыжков было одинаковым для всех потомков. Но с L1 все обстояло иначе: у мышей с пренебрежительными матерями было заметно меньше метилированных генов L1, чем у мышей с внимательными матерями, что позволяет предположить, что метилирование является механизмом, ответственным за подвижность гена L1.

«Это открытие согласуется с исследованиями детской безнадзорности, которые также показывают измененные модели метилирования ДНК для других генов», — говорит Гейдж, заведующий кафедрой Ви и Джона Адлеров по изучению возрастных нейродегенеративных заболеваний. «Это обнадеживающая вещь, потому что, как только вы поймете механизм, вы сможете начать разрабатывать стратегии вмешательства».

Исследователи подчеркивают, что на данный момент неясно, есть ли функциональные последствия увеличения количества элементов L1. В будущей работе будет изучено, могут ли результаты мышей в когнитивных тестах, таких как запоминание того, какой путь в лабиринте ведет к угощению, быть коррелированы с количеством генов L1.

Среди других авторов были Каролина Куэйл и Николь Новарези из Солка.

Работа финансировалась Национальными институтами здравоохранения (R01 MH095741, U01 MH106882 и F32 MH102983), Благотворительным фондом Г. Гарольда и Лейлы Ю. Мазерс, грантом № 2012-PG- Благотворительного фонда Леоны М. и Гарри Б. Хелмсли. MED00, Фонд Энгмана, Фонд JPB, Аннет С. Мерл-Смит и Премия молодых исследователей НАРСАД.