За последние несколько лет ученые обнаружили подвижные фрагменты генетического материала, которые перемещаются внутри клеток. Эти произведения называются ретротранспозонами. Они могут копировать себя и вставлять рядом и в ДНК и, таким образом, вызывать мутации. Австралийское исследование, опубликованное в журнале Nature в 2011 году, показало, что ретротранспозоны могут изменять геном клеток мозга человека. Фактически, ретротранспозоны более эффективно проникают в гены нейронов, чем в клетки крови, которые использовались для сравнения. Тысячи ретротранспозоновых мутаций были обнаружены в двух из пяти областей, исследованных в мозге доноров, умерших после смерти. Фактически, ретротранспозонная активность может объяснить недавнее открытие того, что каждая клетка мозга обладает уникальным геномом. Я объяснил эту находку в предыдущем посте.
Хотя эти фрагменты ДНК не являются генами, они взаимодействуют с генами, которые перемещаются по разным участкам в хромосоме (возможно, вы слышали об открытии «прыгающих генов» Барбары МакКлинток в 1983 году). Все клетки имеют ферменты, которые вырезают транспозоны из цепочки ДНК, которые затем вставляются обратно в другие места в ДНК. Иногда разрез включает в себя смежный ген вместе с транспозоном, и, таким образом, при повторной вставке ген путешествует автостопом по новому месту. Прыжки не случайны; это происходит преимущественно в активных областях, кодирующих белок, даже иногда в другой хромосоме. Потенциал для изменения функции огромен, но мы не знаем только, какие функциональные последствия происходят. Мы знаем, что этот процесс наиболее распространен у людей и высших приматов. И это не «случайные» мутации.
Мы уже давно знаем, что на все клетки влияют эпигенетические эффекты; то есть события в окружающей среде могут изменить геном. Механизм вполне может включать ретротранспозоны. Манипулирование генами может быть особенно сильным для изменения обучения и памяти. Может быть не случайно, что мутации ретротранспозона были замечены в гиппокампе человека, области мозга, наиболее непосредственно вовлеченной в формирование памяти, и той части мозга, где новые клетки постоянно рождаются у взрослых. Память об изученных событиях является результатом более или менее продолжительных изменений в соединениях (синапсах) между ячейками в цепях, которые обрабатывали обучение. Эти длительные изменения стали возможными благодаря производству нового белка в этих синапсах. Этот белок находится под генетическим контролем (таким образом, память может поддерживаться, потому что гены могут заменить любой белок, который со временем разлагается).
Последствия этого открытия для обучения, памяти и работы мозга в целом неоценимы. Что еще более важно, и именно здесь начинается «Храбрый Новый Мир», должен существовать потенциал для манипулирования функциями генов предсказуемым и длительным образом с использованием синтетических транспозонов (которые должны быть просты в изготовлении). Транспорт синтетических ретротранспозонов в нейроны может быть осуществлен путем упаковки их безвредным вирусом; основы технологии «трансфекции» уже хорошо известны. Сложнее всего будет выяснить, какие транспозоны вызывают желаемые изменения в работе мозга. Но кажется разумным протестировать различные ретротранспозоны в надежде, что найдутся одни, которые помогут цементировать или увеличить воспоминания, и, возможно, другие, которые стирают нежелательные воспоминания, как это происходит при синдроме посттравматического стресса. Однако есть потенциальная обратная сторона. Некоторые ретротранспозоны могут быть причиной рака.
Рекомендации
Baillie, JK, et al. (2011) Соматическая ретротранспозиция изменяет генетический ландшафт человеческого мозга. Природа. 479: 534-537.