Опыт ранней жизни заключён в вашей ДНК

Результаты исследования пришли к удивительным выводам о том, опыты, пережитые в молодости, провоцируют геномные изменения в мозге.

Представлено Робертом Мартоном 10 июля 2018 года. 

Обычно мы полагали, что каждая клетка в нашем теле содержит один и тот же геном, и полный набор этой генетической информации, составляет биологическое ядро нашей индивидуальности. Однако существуют исключения, в которых тело содержит генетически разные клетки. Это случается при раковых заболеваниях, которые возникают,  конечно, когда мутации создают генетически различные клетки. Однако, вот что большинство людей не осознаёт, что мозг обладает замечательным генетическим разнообразием, и некоторые исследования показывают, что в каждой нервной клетке могут быть сотни мутаций. В развивающемся мозге мутации и другие генетические изменения, которые происходят при делении клеток мозга, передаются кластеру дочерних клеток. В результате взрослый мозг состоит из мозаики генетически различных кластеров клеток.

Мы знаем, что деятельность и организация мозга меняются в ответ на опыт. Воспоминания и обучение отражаются на числе и силе связей между нервными клетками. Мы также знаем, что мозг генетически мозаичен, но новое исследование создаёт замечательную связь между опытом и генетическим разнообразием мозга. Это наводит на мысль, что опыт может менять последовательность генома ДНК, содержащегося в клетках мозга. Это принципиально новый и ещё неисследованный способ, с помощью которого опыт может изменять мозг. И это представляет большой научный интерес, поскольку результаты показывает, что мозг является гибким, в соответствии с откликами его генетического ядра на внешний мир.

Геном - это молекулярная подпись идентичности. Последовательность ДНК, заключённая в наших геномах, различает каждого из нас как уникальных индивидуумов, а изменения в этой последовательности относительно редки. Геномные изменения обычно возникают из-за редких ошибок во время клеточной репликации или как результат воздействия канцерогенов или излучения. Здесь же показа но, что опыт обладает столь же мощным потенциалом для изменения генома, но только в клетках мозга. Уход, который новорожденный получает в раннем возрасте, может оказывать глубокое влияние на его психологический и интеллектуальный рост. Внимательное воспитание, кормление и уход помогают уменьшить стресс и беспокойство и улучшить психологическое благополучие. С другой стороны, безразличие может привести к усилению тревожности и нарушению психологической адаптации. Это исследование показывает, что одним из способов как качество раннего ухода может спровоцировать изменения в течение всей жизни, это посредством изменения генетической природы мозга.

В этом исследовании исследователи определили, что естественные различия в качестве и изобилии материнского ухода, предоставляемые мышами, на основе мер, которые они предпринимали для обеспечения вскармливания и ухода за грудными детёнышами. Они идентифицировали группы животных, которые обеспечивали высокий или низкий уровень материнской заботы. Затем они исследовали мозги их детёнышей на различия в маркерах геномных изменений.

Многие из различий в геномах нервных клеток обусловлены наличием мобильных генетических элементов, называемых ретротранспозонами. Это участки ДНК, которые могут быть скопированы, и, как следует из названия, они переносятся или включаются в другие области генома. В этом исследовании было измерено накопление этих подвижных генетических элементов в головном мозге вследствие материнской заботы. Мобильные генетические элементы, накапливались в определенных областях мозга мышиных детёнышей, если им была оказана плохая материнская забота. Если детёныш родился у матери-животного, которая обеспечивала низкий уровень материнской заботы, но был взращен другим материнским животным, которое обеспечивало ему высокий материнский уход, то накопление подвижных генетических элементов было ликвидировано. Это поддержало идею о том, что накопление генетических элементов было обусловлено заботой, предоставляемой матерями, а не некоторой унаследованной разницей. Большая часть избытка была обнаружена в гиппокампе, области мозга, участвующей в процессе формирования памяти, но отсутствовала  в других областях мозга, и в других органах, каких как сердце, что указывает на очень специфическое влияние этого фактора на мозаичность мозга.

Авторы также сообщают, что изменения уровней подвижных генетических элементов, в свою очередь, могут быть опосредованы модификацией геномной ДНК, известной как процесс метилирования. Метилирование само по себе не является изменением последовательности ДНК, но оно может влиять на то когда и как ДНК-последовательности считываются и используются клеткой. У детёнышей, выращенных при условии плохой материнской заботы, было снижено  метилирование ключевых регуляторных последовательностей в мобильных генетических элементах, что в свою очередь приводило к увеличению числа этих элементов и увеличению их активности.

У этого есть важные последствия. Повышенная геномная изменчивость среди нервных клеток может быть благоприятной для индивидуума за счёт диверсификации его поведенческого репертуара. С другой стороны, она может генетически предрасполагать человека к неврологическому или психическому заболеванию даже в случаях отсутствия какой-либо семейной истории такого заболевания.

Известно, что генетические мутации вызывают рак мозга, но эффекты других генетических модификаций, которые вызваны мобильными генетическими элементами, всё ещё выясняются. Существует несколько примеров заболеваний, вызванных изменениями в регулировании числа мобильных подвижных генетических элементов или их активности. Например, синдром Ретта представляет собой X-связанное повсеместное расстройство развития, характеризующееся спектром нарушений, включая аномальное поведение, речевую и моторную дисфункцию. Совсем недавно мутации, которые вызывают некоторые случаи БАС (болезнь Лу Герига) и Фронтоэмпорального слабоумия, были связаны с регулированием мобильных генетических элементов. Эти генетические изменения в мозге обладают столь огромным потенциалом, как источник для понимания психических и неврологических заболеваний, что Национальный институт психического здоровья создал исследовательскую инициативу, под названием Мозговая соматическая мозаическая Сеть, чтобы исследовать их.

Связывание раннего опыта с геномной изменчивостью нервов предполагает, что ранний опыт оставляет неизгладимый геномный отпечаток в мозге. Этот интригующий новый поворот в дискуссии, которая веками велась о противопоставлении важности влияния природы воспитания и качества вскармливания на поведение. Это исследование подразумевает, что природа воспитания и вскармливания не столь независимы, как можно было бы вообразить, и что природа воспитания не так неизменна, как когда-то считалось. Как и во всех иконоборческих исследованиях, в этом исследовании есть оговорки, самая главная из которых состоит в том, что число мобильных генетических элементов намного выше в нейронах изученных здесь грызунов, чем у людей. Кроме того, мы ещё не понимаем, как эти генетические изменения влияют на деятельность мозга, которые в свою очередь влияют на поведение. Тем не менее, это провокационное исследование, которое проводит связь между ранним опытом и генетической структурой нейронов и подчеркивает замечательную пластичность и адаптируемость мозга.

Ссылка на оригинал статьи:

https://www.scientificamerican.com/article/early-life-experience-its-in-your-dna/