Эпигенетический механизм управляет образованием синапсов

Нейрон не представляет собой ничего особенного, если он не соединён с другим нейроном через особое межклеточное соединение — синапс. Образование синапсов зависит от множества генов, которые включаются в ответ на определённый раздражитель — к примеру, звуковой или зрительный. То есть, грубо говоря, когда нейрон возбуждается, когда ему нужно передать какую-то информацию по определённому адресу, тогда активируются некие гены и строят синаптический контакт.

Лаборатория профессора Антона Максимова из Института Скриппса (США) давно занимается изучением регуляции таких синаптических генов. Исследователям удалось найти ряд транскрипционных факторов, которые управляют синтезом РНК в зависимости от синаптических потребностей нейронов. Многие из них начинают работу ещё до рождения и отвечают за формирование нейронных цепей в растущем мозгу. Однако некоторые гены молчат до тех пор, пока индивидуум не родится на свет и не получит первую порцию сенсорных раздражителей.

Как именно происходит такое послеродовое пробуждение генов, учёные долгое время не знали. Однако некоторое время назад им пришло в голову заняться белком HDAC4, относящимся к семейству гистоновых деацетилаз класса IIа. Эти белки участвуют в эпигенетической регуляции активности генов, регулируя плотность упаковки ДНК через модификации гистонов. Известно также, что эти ферменты способны переходить в ядро из цитоплазмы и обратно. Исследователи решили посмотреть, как эти белки будут вести себя в нейронах.

Оказалось, что HDAC4 напрямую участвует в регуляции появления синапсов: в ответ на возбуждение нервной клетки белок покидал ДНК и переходил в цитоплазму, что сопровождалось активацией синаптических генов. Свои догадки исследователи подтвердили, получив мышей, у которых HDAC4 был мутирован и не мог покидать ядро. (В статье, опубликованной в Cell, авторы сообщают, что просто «вырубить» этот ген они не могли: HDAC4 необходим, чтобы тормозить апоптоз в нейронах, и без него среди нервных клеток начинается эпидемия самоубийств.) С таким белком у мышей не образовывались синапсы, что отражалось на работе мозга и поведении: животные хуже обучались и плохо помнили выученное. Как замечают учёные, их выводы подтверждаются данными о том, что некоторые формы умственной отсталости у человека как раз сопровождаются мутациями в HDAC4.

Обобщая, можно сказать, что удалось найти эпигенетический переключатель, который отвечает за формирование синапсов в ответ на информационные потребности нейрона. Потенциально этот белок может оказаться в центре внимания врачей как инструмент в лечении самых разных умственных расстройств.

Подготовлено по материалам Института Скриппса.