Ponad 1000 mutacji w pojedynczym neuronie

W pojedynczym neuronie normalnego dorosłego mózgu występuje nawet ponad 1000 mutacji, których nie ma w sąsiednich komórkach nerwowych. Większość mutacji pojawia się podczas używania genów, już po zakończeniu rozwoju mózgu.

Odkryliśmy, że geny najczęściej używane przez mózg są zmutowane z największym prawdopodobieństwem [...] - opowiada Christopher Walsh z Howard Hughes Medical Institute (HHMI).

Nie wiadomo, jak te naturalnie występujące mutacje wpływają na funkcjonowanie mózgu lub w jakim stopniu przyczyniają się do choroby. Tak czy siak, śledząc ich rozkład, Amerykanie zdobywają informacje o rozwoju mózgu. Genom pojedynczego neuronu jest jak zapis archeologiczny komórki. Na podstawie wzorca dzielonych mutacji możemy odtworzyć linię pochodzenia. Wiemy obecnie, że jeśli prześledzimy wystarczającą liczbę komórek z wystarczającej liczby mózgów, uda nam się zdekonstruować wzorzec rozwoju ludzkiego mózgu.

Naukowcy interesują się zmiennością genomu neuronów, ponieważ wyniki badań wskazują, że mutacje niewielkiej części komórek mózgu mogą wywołać poważne choroby neurologiczne. Dotąd jednak specjalistów chcących badać tę zmienność hamowała niewielka ilość DNA wewnątrz neuronów. Nie wystarczała ona do sekwencjonowania, a więc i dokonywania porównań.

Walsh i inni zastosowali jednak amplifikację całego genomu wyizolowanego z komórki. Naukowcy zsekwencjonowali genomy 36 neuronów ze zdrowych dorosłych mózgów (przekazano je do badań pośmiertnych). Dla porównania zespół z HHMI zsekwencjonował DNA komórek pobranych z serc zmarłych.

W analizie danych pomogli Peter Park, biolog obliczeniowy z Harvardzkiej Szkoły Medycznej, i Semin Lee z jego laboratorium.

Amerykanie odkryli, że genomy wszystkich neuronów były unikatowe. Każdy miał ponad 1000 mutacji punktowych i tylko kilka mutacji wystąpiło w więcej niż 1 komórce. Spodziewaliśmy się, że mutacje te będą wyglądać jak mutacje nowotworowe [powstające w czasie niedokładnego kopiowania DNA w przygotowaniu do podziału], ale miały one wyjątkową sygnaturę. Mutacje występujące w mózgu wydają się w większości zachodzić podczas ekspresji genów przez komórkę.

Neurony się nie dzielą i przez gros czasu ich DNA pozostaje ciasno upakowane. Kiedy neuron chce uaktywnić gen, rozwija DNA, odsłaniając gen, tak że może on być skopiowany na RNA. W oparciu o rodzaj i umiejscowienie mutacji naukowcy stwierdzili, że większość uszkodzeń DNA następuje w ramach procesu rozwijania i kopiowania.

Niewielki odsetek mutacji występował w więcej niż jednej komórce. To oznacza, że mutacje te powstały, gdy przyszłe komórki mózgu nadal się dzieliły, a proces ten kończy się jeszcze przed narodzinami. Później zostały one przekazane, gdy komórki się dzieliły i migrowały. Analizując wzorce ich rozkładu, naukowcy byli w stanie odtworzyć część historii rozwoju mózgu.

Mapowanie ujawniło, że w dorosłym mózgu blisko spokrewnione komórki mogą się znajdować w dość dużej odległości od siebie. Bywa, że pojedynczy obszar mózgu zawiera komórki z 5 różnych linii, które oddzieliły się, nim rozwijający się mózg odseparował się od innych tkanek płodu. Potrafimy zidentyfikować mutacje, które zaszły naprawdę wcześnie, zanim mózg w ogóle się pojawił. Stwierdziliśmy, że komórki, w których one występują, są posadowione obok komórek, które mają zupełnie inne mutacje - wyjaśnia dr Mollie Woodworth. Co więcej, konkretny neuron może być bliżej spokrewniony z komórką serca niż z sąsiednim neuronem.

Amerykanie sądzą, że przeplatanie komórek o innym pochodzeniu chroni mózg przez wczesnymi, potencjalnie szkodliwymi mutacjami. Dzięki powstaniu bardzo mieszanych populacji, komórki ulokowane obok siebie i realizujące te same zadania nie są ze sobą blisko spokrewnione, dlatego z mniejszym prawdopodobieństwem dzielą identyczną zgubną mutację - dodaje Michael Lodato.

mutacja punktowa neuron mózg rozwój życie płodowe gen ekspresja Christopher Walsh