Половой нейрон: отличие мужчин от женщин нашлось в клетках мозга
Учеными обнаружен ген, который включен в клетках мозга у одних людей и полностью отключен у других. Его активация, как выяснили российские исследователи, связана с мутацией, встречающейся у 3% населения Евразии. Позже стало понятно, что основная функция этого гена связана в первую очередь с мужским организмом — обычно он отвечает за выработку половых клеток. Однако дальнейший анализ данных выявил, что найденный учеными отрезок ДНК попадает в участок генома, ответственный за способности к математике. Это объясняет, почему редко встречающийся математический талант чаще обнаруживают все-таки у мужчин.
Редкий экземпляр
Исследование было проведено сотрудниками лаборатории эволюционной геномики Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН, МГУ им. М.В. Ломоносова и медицинской школы Массачусетского университета.
Как рассказал «Известиям» профессор Евгений Рогаев, новый ген был обнаружен при исследовании нейронов.
— Нас интересовал особый отдел мозга человека — участки префронтального кортекса, которые ответственны за абстрактное мышление, сознание и социальное поведение человека, — пояснил он. — Активность большей части генов в нейронах мозга одинакова у взрослых людей. Но у ряда генов нам удалось выявить количественные различия: у одних людей активность выше, а у других ниже. Более того, было обнаружено и несколько особых генов, сигналы в которых отличались у мужчин и женщин.
Во время работы ученые столкнулись с фактом, который особенно их заинтересовал. Раньше они находили лишь разницу в активации генов. Теперь же был обнаружен ген, который включен в клетках мозга у одних людей и полностью отключен у других. Позже стало понятно, что его функция связана в первую очередь с мужским организмом. Оказалось, что ген специфически активизирован в тестикулах и не работает в других тканях.
Дальнейшие эксперименты показали: эта мутация встречается с частотой около 3% в европейских и азиатских популяциях. Исследователи предположили, что найденный ген может быть связан с одной из психических болезней, однако при анализе больших данных генетических ассоциаций никакой явной связи с заболеваниями вроде шизофрении или биполярного расстройства найдено не было.
В 2018 году были опубликованы две масштабные зарубежные работы о связи генов с математическими способностями и успехами в школе. В одной из работ приводилась выборка в миллион человек. При анализе этих данных российские ученые неожиданно установили, что найденный ими ген, показывающий необычную активацию в мозге, находится в одном из участков генома, который как раз ассоциирован и с математическими способностями, и с интеллектом.
ДНК-«флейта»
Неожиданным результатом этой работы стало также обнаружение серии новых, не описанных ранее генов. Для того чтобы их открыть, был применен метод анализа так называемого открытого хроматина.
Хроматин — это «упаковка», в которую погружена свернутая ДНК. Внутри нее располагаются похожие на бусинки белки (гистоны), вокруг которых она и накручена. Для того чтобы тот или иной фрагмент ДНК заработал, то есть гены стали активными, нужно, чтобы к ней был открыт доступ нужных ферментов. Это можно сравнить с устройством флейты, которая молчит, пока закрыты все клапаны и отсутствует поток воздуха. Роль клапана в ДНК играет открытый хроматин. Он — и механизм, и эпигенетический маркер активности гена одновременно.
Именно по тому, какой «клапан» открыт, можно понять, какой ген в ДНК активен, а какой молчит.
— Есть такая методика: мы можем преципитировать (осадить) в пробирке нужный нам участок хроматина вместе с ДНК, — пояснил Евгений Рогаев. — В пробирке остаются только участки с активными генами. Таким образом мы получаем карту сигналов, показывающих начало всех активных генов в геноме в клетках данной ткани (в нашем случае нейронов мозга) для каждого человека. С помощью этой методики был найден как «математический ген», так и другие участки, для которых гены неизвестны, а сигналы активации есть.
Посчитав участки активации, ученые выявили не менее 1,5 тыс. генов, существование которых на данный момент не было установлено. Большая часть их относится к так называемой некодирующей РНК, которая, по всей видимости, выполняет регуляторную роль в клетках мозга.
1,5 тыс. новых генов
Важность этой работы не только в том, что ученые обнаружили 1,5 тыс. новых генов, но и в том, что они привели доказательства их реальности с использованием комплексного подхода, отметил ведущий научный сотрудник Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН, профессор Техасского А&М университета (США) и Гёттингенского университета (Германия) Константин Крутовский.
— Долгое время на так называемые некодирующие участки генома ученые вообще не обращали внимания, потому что не знали, в чем их функция, — сообщил эксперт. — А потом поняли, что они содержат множество генов, играющих колоссальную роль в регуляции активности генов — их включении и выключении. То есть в каком-то смысле эти гены тоже кодируют определенную функцию. Найденные 1,5 тыс. генов — большое достижение. И главное, что ученые в данной работе не только нашли их, но и доказали, что они действительно работают, подтвердили их функциональность, доказали, что это не артефакт.
Важность исследования подтвердила «Известиям» ведущий научный сотрудник лаборатории анализа генома Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН Светлана Боринская. По ее словам, открытие новых генов и половых различий в их работе помогут понять молекулярные основы формирования психики и психических нарушений.
— Главное достижение ученых в том, что исследованы именно гены, проявляющие себя в нейронах префронтальной коры. Теперь понятно, почему в работе головного мозга разных людей есть отличия. Некоторые из открытых белков связаны с интеллектом, — добавила она. — Также найдены некоторые отличия по работе генов, видимо, связанные с психическими заболеваниями (шизофрения и аутизм). Показано, что мужчины и женщины отличается по активности некоторых генов. Такое различие в работе генов может объяснять, почему некоторые психические нарушения чаще встречается у одного или другого пола.
Сейчас ученые продолжают работу по исследованию эпигенетической регуляции генов, прежде всего для того, чтобы повернуть вспять процесс старения и научиться справляться с такими заболеваниями, как шизофрения и болезнь Альцгеймера.
Эпигенетика — это бурно развивающееся в последние годы направление современной науки. В переводе с греческого приставка «эпи-» означает «над», «выше», «поверх». То есть эпигенетика — это некая «система», работающая сверх генетики и отвечающая на активность генов. Она «командует» генами в ответ на внешние стимулы, такие как питание, эмоциональные стрессы или физические нагрузки.
Исследования последних лет показали, что здоровье и поведение человека могут в значительной степени зависеть от того, в каких условиях происходило его развитие. Выявлено также, что эпигенетические модификации могут передаваться и последующим поколениям. Раньше подобная возможность наукой отрицалась.
