В нервных клетках специальные белки приманивают ДНК-ремонтирующие машины к особо активным генам.
Повреждения в ДНК возникают из-за радиации, из-за токсинов, из-за ошибок собственных клеточных ферментов, которые работают с генетической информацией. Но в некоторых случаях дефекты в ДНК появляются специально, как это происходит в нейронах. Мы как-то писали, что нейроны рвут собственную ДНК ради памяти: разрывы в ДНК активируют гены, необходимые для формирования межнейронных соединений-синапсов.
(Иллюстрация: Tohey22 / Depositphotos)
Открыть в полном размере
Возможно, не только нейроны рвут ДНК для активации определённых генов, но у нервных клеток есть особенность: они всё время принимают и передают импульсы, они всё время формируют новые синапсы или ликвидируют старые. Разорвать ДНК и так её и оставить нельзя – свободные концы ДНК, появившиеся в неположенном месте, спровоцируют разные молекулярные события, из-за чего ДНК может повредиться ещё сильнее, и нейрону не останется ничего другого, кроме как погибнуть. То есть разрывы в ДНК, пусть и специально сделанные, нужно быстро залатать обратно. Но с учётом постоянной активности нейронов, такой ремонт ДНК должен не прекращаться не минуту. Более того, молекулярный аппарат, занимающийся ремонтом (или репарацией) ДНК должен быстро находить именно то место, где нужен ремонт.
У всех клеток есть несколько типов репарации ДНК, используемых для разных повреждений. Нейроны, как пишут в Nature сотрудники Гарвардского университета, используют ещё один, особый механизм репарации ДНК – точнее, это не столько отдельный механизм, сколько специальная модификация одного из обычных типов репарации ДНК свойственная, по-видимому, только нейронам.
Этот нейронный ремонт ДНК тесно связан с транскрипцией, то есть с копированием генетической информации с ДНК в РНК. Как мы знаем, прямо из ДНК генетическая информация работать не может. Ген нужно сначала скопировать – транскрибировать – в РНК, а уже РНК можно как-то использовать. Например, на РНК синтезируются белки, которые добывают для клетки энергию, поддерживают ей форму, дают способность генерировать электрохимический импульс и обслуживают синапсы (если мы говорим о нейронах). Любая транскрипция – то есть копирование информации из ДНК в РНК – происходит с помощью транскрипционных факторов, специальных белков, которые управляют активностью генов. И вот ещё в конце 2000-х в нейронах обнаружили транскрипционный фактор NPAS4. Никакие другие клетки его не используют, нейроны же управляют с его помощью генами, от которых зависит электрическая активность самих нейронов.
Новые эксперименты показали, что NPAS4 не только помогает управлять транскрипцией, но также нацеливает ремонтные системы на участки ДНК с разрывами. NPAS4 делает это не сам, но в составе большого сигнального супермолекулярного комплекса из двадцати одного белка. Если его тем или иным способом отключить, подавить его активность, в ДНК появится больше разрывов, а ремонтные ферменты будут меньше интересоваться ДНК. С отключённым сигнальным суперкомплексом нейроны меньше живут – очевидно, из-за того, что плохо заделываются разрывы в ДНК.
Иными словами, нейроны увязали транскрипцию и репарацию: транскрипционный фактор, который нужен для чтения ДНК, привлекает к активным генам репарирующие системы, которые должны срастить разрывы в активной ДНК. Возможно, в перспективе мы научимся как-то стимулировать работу NPAS4, чтобы в нейронной ДНК было меньше дефектов и сами нейроны дольше жили, однако сначала нужно убедиться, что этот механизм работает и в человеческих клетках – потому что пока его изучали только в нейронах мышей.