Поведение определяется в большей мере природой или воспитанием? Этим вопросом биологи задаются уже не один десяток лет. Интригующий ответ на него даёт статья исследователей из Института Солка, вышедшая в последнем номере журнала Science. Оказывается, что то, как мать ухаживает за своими детёнышами (а проверялось всё на мышах), влияет в том числе на их ДНК. А если так, то работа открывает новые горизонты в понимании психических расстройств.
Credit: public domain
Учёные отмечают, что наша генетическая информация очень динамична и вполне способна видоизменяться под напором окружающей среды. В течение как минимум десятилетия наука знала, что в большинстве клеток мозга млекопитающих ДНК подвергается небольшим модификациям, и это делает соседние клетки немного отличными друг от друга.
Некоторые из таких изменений вызваны так называемыми «прыгающими» генами, официально известными как длинные диспергированные ядерные элементы (LINEs), которые способны перемещаться с одного места в геноме на другое. В 2005 году в генетической лаборатории Института Солка под управлением профессора Русти Гейджа (Rusty Gage) обнаружили, что прыгающий ген L1, свойства которого копировать себя и вставлять в новое место в ДНК уже изучили, мог бы ускорять и развитие нейронов.
Команда нынешнего исследования выдвинула гипотезу о том, что такие изменения создают потенциально полезное разнообразие клеток мозга, типа тонких настроек «на местах», но могут и способствовать развитию психических расстройств.
Чтобы это выяснить, научная группа пронаблюдала за различиями в материнском уходе разных самок за своими мышатами. Затем они взяли образцы гиппокампов потомства, выделили ДНК и обнаружили корреляцию между тем, как внимательно мать ухаживала за детёнышами, и количеством копий L1. У тех, о ком заботились хорошо, в геноме содержалось меньше копий этого гена, а у тех, кому «не повезло», копий оказалось больше, и, соответственно, было больше генетическое разнообразие в мозге.
Образец гиппокампа мышонка, в клетках которого много копий гена L1 (зелёный). Credit: Salk Institute
Чтобы убедиться, что разница не стала совпадением, команда провела ряд контрольных экспериментов, включая исследование ДНК обоих родителей каждого помёта. Учёные хотели удостовериться, что потомство не наследует количество копий L1 от родителя, а также эти копии не стали следствием подхваченного «блуждающего» вне клеток генетического материала. Наконец, они перекрещивали потомство так, что детёныши, родившиеся у «небрежных» матерей, попадали к внимательным, и наоборот. Но результат не менялся – копий L1 получалось больше у «недолюбленных» мышат.
Интересно отметить, что подобной корреляции между материнской заботой и количеством других известных прыгающих генов не обнаруживалось. Возможно, роль гена L1 в этом уникальна.
Учёным удалось установить даже то, что механизм, обеспечивающий мобильность L1 – недостаток метилирования. Это своеобразная химическая метка, которая в данном случае сигнализирует, нужно ли копировать этот ген или нет. Показатели метилирования других прыгающих генов не отличались у всех мышат, но для L1 разница была и состояла в том, что в генах потомства, чьи матери плохо выполняли свои функции, процент метилированных генов L1 оказывался заметно меньше.
Тем не менее исследователи подчёркивают, что пока неясно, существуют ли функциональные последствия увеличенного числа копий L1. В будущей работе они изучат вопрос, могут ли эти показатели влиять на результаты прохождения когнитивных тестов (например, запоминание пути в лабиринте и так далее).
Текст: Анна Хоружая
Early life experience drives structural variation of neural genomes in mice by Tracy A. Bedrosian, Carolina Quayle, Nicole Novaresi, Fred. H. Gage in Science. Published March 2018; Vol. 359, Issue 6382, pp. 1395-1399
DOI: 10.1126/science.aah3378