Мозг: ещё не успели родиться, а за нас уже всё решили
Учёные провели исследование, от которого любители саморазвития и стратегического планирования могут немного приуныть. Оказывается, эпигенетическая карта человеческого мозга — то есть основные химические штрихи, определяющие, как будут работать гены, — рисуется ещё до нашего появления на свет. Возможно, поэтому некоторые страдают от приступов философской тоски, а другие — счастливы жить в неведении. Так или иначе, факт остаётся фактом: многое прописано ещё в утробе.
Мозговая кора — та самая штука, которая отвечает за мыслительные процессы, память и поведение, начинает строиться с тем рвением, которое позавидует даже строительная бригада в авральный понедельник. Всё это контролируется включением и выключением определённых генов по строго расписанному графику, по точности превосходящему даже расписание столичного метро.
Главный дирижёр этой стройки — так называемые эпигенетические изменения. Если говорить проще: на ДНК навешиваются химические бирки, которые без изменения самих букв генетического кода, решают, какие гены работать будут, а какие — станут бездельничать. Исследователи из Университета Эксетера решили выяснить, как один из ключевых механизмов — метилирование ДНК — меняется на протяжении жизни. Для этого собрали почти тысячу образцов мозговой коры: от шестинедельных эмбрионов до людей, чей возраст ближе к столетнему юбилею.
Совершили настоящее путешествие во времени — от первой недели до 108 лет. Использовали технологию, способную уловить метилирование в сотнях тысяч точек генома, чтобы выяснить, где и когда происходят главные перемены. Для чистоты эксперимента сначала смотрели на всю ткань, а потом научились подглядывать за отдельными типами клеток. Ведь в мозге, как на любом совещании, одни любят говорить, а другие — просто присутствуют.
И вот открытие века: именно до рождения происходит буйство эпигенетики, словно на чёрную пятницу в супермаркете. Более 50 тысяч участков ДНК меняются непредсказуемо, то ускоряясь, то переходя на тормоза — в зависимости от срока гестации. Это своего рода метки на карте — жесткие контрольные точки, после которых мозг выходит на новый уровень. А дальше, после родов, всё, по большому счёту, более-менее стабильно. Пластичность — только в фантазиях.
Уловили ещё кое-что интересное: эти «метилируемые» отрезки ДНК расположены не где попало, а аккуратно — в регионах, которые руководят активностью генов. Программисты нервно курят в сторонке: природа расставляет триггеры так, чтобы собирать рабочую схему мозга в нужных местах. Особенно заметна эта активность в главных сигнальных клетках мозга — так называемых возбуждающих нейронах.
Мозг — сборная солянка по составу. Учёные захотели узнать, одинаково ли наше эпигенетическое расписание у всех клеток или только у «счастливчиков». Выяснилось, что стандартный белок-маркер (NeuN), который используется для отслеживания зрелых нейронов, не работает на очень молодых клетках эмбриона. Пришлось изобрести новый способ: теперь «помечали» белком SATB2, который активен именно у развивающихся возбуждающих нейронов.
С помощью ловкой процедуры сортировки клеточных ядер учёные разделили ткань на две группы — будущие нейроны и всех остальных конкурентов. Потом проверили уровень метилирования отдельно для каждой. Итог: нейроны успевают получить свой неповторимый эпигенетический автограф уже на ранних сроках. Все главные изменения — это как раз происходящее среди растущих нейронов. Так что поговорка «все мы одинаковые» тут работает ровно наоборот.
Зашли ещё глубже в дебри: обнаружили, что некоторые участки метилируются только у нейронов, а другие — исключительно у астроцитов (эдаких мозговых техподдержек). Прямо как на корпоративе: кто-то специализируется по части шума, кто-то — по заботе о коллегах.
Самое вкусное: нашли прочную связь между этими эпигенетическими изменениями и генами, которые раньше уже попадали в списки подозреваемых по делу об аутизме и шизофрении. Именно к этим генам чаще всего «привязаны» активные эпигенетические зоны будущего мозга, особенно у развивающихся нейронов. Если раньше было просто подозрение, что корень проблем кроется ещё в эмбриональном развитии, сейчас улик стало куда больше.
Конечно, нельзя не вставить ложку дегтя. Получить образцы мозга позднего плана — задача почти невозможная, но всё указывает на то, что основная эпигенетическая дискотека уже отгремела к середине беременности. И хотя технология не охватывает буквально все возможные площадки для метилирования, другая аппаратура пока не изобрели. К тому же, сейчас трудно различить, что из изменений — чистый метил, а что — его родственник гидроксиметил. Несмотря на эти ограничения, исследование стало основой для дальнейших поисков эпигенетических истоков человеческой личности.
Авторы: Alice Franklin, Jonathan P. Davies, Nicholas E. Clifton, Georgina E.T. Blake, Rosemary Bamford, Emma M. Walker, Barry Chioza, Martyn Frith, APEX Consortium, Youth-GEMs Consortium, Joe Burrage, Nick Owens, Shyam Prabhakar, Emma Dempster, Eilis Hannon, Jonathan Mill.