Импринтинг и эпигенетика мозга и сна

Согласно Ежегодному обзору нейронауки в 2016 году «мозг стал основной мишенью геномного импринтинга, вызвав большой интерес к тому, как эта эпигенетическая регуляция обеспечивает стабильный транскрипционный контроль развития нервной системы и поведения». Авторы добавляют: «важность запечатления гены в функции мозга подтверждены разрушительными неврологическими и поведенческими состояниями ", вызванными мутациями в соответствующих генах.

Источник: C.Badcock

Как отмечается в этом обзоре, импринтинг – выражение гена только от одной родительской копии, а не от другой – является ключом к двум, иначе, казалось бы, несвязанным синдромам: Прадер-Вилли и Ангелман. Синдром Prader-Willi возникает из-за потери протекания отцовских экспрессированных генов на хромосоме 15. Синдром Ангельмана связан с противоположной моделью импринтинга и диаметрально противоположными симптомами (слева).

Среди этих диаметральных различий есть вывод о том, что в то время как дети англичанина бодрствуют и гиперактивны, Прадер-Вилли являются сонными и летаргическими (что-то, что подходит для модели конфликта импринтинга, если вы видите, что первое, как самый страшный страх каждой матери, а последнее как более предпочтительное ее). Кроме того, как указывает еще одно недавнее исследование,

Отпечатанные гены играют решающую роль в плаценте и пренатальном развитии, и после рождения были продемонстрированы возможности контролировать важные метаболические и физиологические функции (например, термогенез), а также поведенческие и когнитивные процессы. Отпечатанные гены играют важную роль во время перинатального периода, который является решающим временным окном в развитии, для формирования и интеграции всех биологических систем, включая гомеостатический контроль сна и формирование внутренних (циркадных) часов.

• Могли бы вы пройти этот 1-минутный тест на отношения?
• 3 способа лучше почувствовать себя, когда коровует на ваших нервах
• Новый век тревоги
• Почему глаза голубые
• Это близко к счастью, Дафни Меркин

Этот автор заключает: «В совокупности эти результаты показывают, что как материнские, так и отеческие отпечатанные гены значительно контролируют REM-сон, что может происходить посредством контроля суточных изменений терморегуляции». Действительно, есть также данные о том, что импринтинг может повлиять на главный психологический сопутствующий REM или сон с быстрым движением глаз, мечтая: Когда мозговые центры активны во сне, где преимущественно выражены отцовские гены, такие как гипоталамус и амигдала, появляются агрессивные импульсы со стороны мечтателя. Однако, когда преобладающе материнские мозговые центры активируются во сне, такие как передний мозг и неокортекс, агрессивные импульсы тормозятся, а кооперативные и просоциальные выражаются *.

Как я уже отмечал в недавнем посте, Igf2 является классическим импринтированным геном, кодирующим инсулиноподобный фактор роста 2 (IGF2) и знаменует генетический корысть отца в потреблении его потомства материнских ресурсов во время беременности и роста, будучи по-отечески выражен. И так же, как графически, выраженный по-матерински Igf2r у мышей противоречит ему, как показано в другой статье. Действительно, как отмечается в статье « Ежегодный обзор» , регулирование веса взрослых с помощью импринтированных генов обычно включает в себя гены, выраженные в материнской линии, которые способствуют уменьшению веса в зависимости от скорости метаболизма и потребления пищи, тогда как гены, выраженные отцом, способствуют увеличению веса. Тем не менее, IGF2 выражается из копий обоих родителей в сосудистом отделении мозга и сосудистых отделах и предпочтительно выражен в материнском выражении в других областях мозга, чей высший размер может быть критическим для их взаимодействия с главным образом отцовским предписанным лимбическим мозгом, как я объяснил в том же сообщении.

Роль Igf2 также не ограничивается контролем роста. После приобретения памяти он остается неустойчивым в течение нескольких часов во время консолидации. В гиппокампе крысы IGF2 увеличивается через часы после тренировки, что необходимо для консолидации памяти. Более того, введение этого гормона роста после тренировки усиливает консолидацию памяти. Извлечение памяти в течение нескольких дней обучения возвращает его в лабильное состояние, позволяя его консолидацию, которая также улучшается при администрировании IGF2. IGF2 также способствует взрослению нейрогенеза и снижается у животных, проявляющих депрессивное поведение после хронического стресса. Существенно, что чрезмерное экспрессия IGF2 в зубчатой ​​извилине отменяет эти поведения.

• Наука любви и привязанности
• Почему мы умираем?
• Разведенные папы и их дочери
• Действительно ли Наука говорит, что нет цели для жизни?
• 15 причин быть осторожными в падении в любви

Как отмечают авторы,

Нейронные стволовые клетки (НСК) желудочковой зоны размножаются асимметрично для получения дифференцированных нейронов или глии или для создания промежуточных клеток-предшественников (МПК), которые далее делятся симметрично с образованием либо МПК, либо нейронов (…). Решения о судьбе НСК строго регулируются запечатленными генами через сложные пути контроля.

Допаминергическая система среднего мозга играет решающую роль в контроле и модуляции эмоционального, мотивационного и когнитивного поведения, а также добровольных движений. Разработка этой системы ориентирована, в частности, на отпечатанные гены. В развивающемся мозге миграция нейронов на соответствующие сайты имеет важное значение для установления правильной идентичности и функциональной связности. Как подробно объясняют авторы, это опосредуется клеточными процессами, которые сильно зависят от геномного импринтинга. Например, отсутствие выраженного отцовского гена Peg3 приводит к увеличению апоптоза (запрограммированной гибели клеток) в переднем мозге, полосатом, миндалевидном и гипоталамическом регионах. Как отмечают авторы, «эти аномалии варьируются между мужчинами и женщинами, что говорит о том, что функция Peg3 регулирует установление половых диморфизмов».

Фенотипы мышей под влиянием импринтированных генов. Гены, связанные со специфическими метаболическими, социальными, эмоциональными и когнитивными фенотипами, перечислены. Гены, преимущественно выраженные из материнской и отцовской аллели, встречаются соответственно в красном и синем. Серьезно предвзятые и моноаллельно выраженные отпечатанные гены выделены жирным шрифтом. Линии с наконечниками стрелок и вырезами указывают на стимуляцию и торможение, соответственно, данного фенотипа, тогда как линии с квадратными концами указывают функции, которые нельзя определить как усиление или уменьшение.

Источник: Perez JD, et al. 2016, Annu. Rev. Neursci. 39: 347-84

Как показано на рисунке выше, исследования мутантов мыши и человеческих расстройств выявили огромное значение геномного импринтинга в постнатальном мозге, охватывая все основные взрослые нейронные функции от ключевых элементов синаптической передачи и пластичности до контроля энергетического баланса и метаболизма, поскольку а также эмоциональное, социальное и когнитивное поведение. Синаптическая передача лежит в основе распространения информации по всему мозгу и направляет правильную проводку нейронных цепей. Множественные импринтированные гены участвуют в базовой передаче и зависимых от активности модификациях нейрональной возбудимости. Действительно, геномное импринтинг играет ключевую роль в регуляции роста и энергетического баланса при развитии эмбриона и плаценты, а также в не нейронных тканях. В конечном счете, мозг контролирует энергетический баланс и метаболизм всего организма, и эта гомеостатическая функция выполняется в основном гипоталамусом, который ощущает внутренние энергетические состояния и организует висцеральные реакции.

Моноалкогольные и предвзятые гены генов у мышей. (а) Кумулятивное увеличение числа отпечатанных генов, о которых сообщается в литературе.

Источник: Perez JD, et al. 2016, Annu. Rev. Neursci. 39: 347-84

Как видно из дальнейшего рисунка, количество обнаруженных генов, обнаруженных все время увеличивается. Но, как отмечается в этом обзоре, геномный импринтинг теперь рассматривается как континуум от классического однопользовательского контроля с одной стороны до слабо предвзятого родительского выражения на другом. Это имеет смысл с учетом того факта, что генетический анализ поведенческих и неврологических дефектов подчеркивает, что нормальное развитие и функция мозга требуют тонкой регуляции доз генов, так что даже небольшие отклонения могут нарушать баланс биологических путей, которые они контролируют, приводя к поразительным нейронные дисфункции, примером которых являются синдромы Ангельмана и Прадера-Вилли выше.

Независимо от того, что вы могли бы сказать, эти обзоры проделали долгий путь к установлению фундаментального утверждения, что геномное импринтинг является ключевым фактором в развитии сна и мозга, как нормальном, так и патологическом.

(Благодаря Амару Аннусу за его помощь в этом).