Железная логика лобной доли. Долгое детство – генетический подарок человеку

Железная логика лобной доли

Долгое детство – генетический подарок человеку

Игорь Лалаянц

3D-модель связей между нейронами (коннектом) впечатляет. Фото из архива автора

У любимого объекта молекулярных биологов – круглого червячка с красивым названием Саеnorabditid elegans – среди его тысячи клеток чуть больше 300 нервных. Они образуют порядка семи тысяч соединений, или «синапсов» (synapses, сравни: синагога, синтез, симфония), на выявление которых потребовалось десять лет напряженной работы.

В мозге у человека насчитывается около 100 миллиардов нейронов. Считается, что каждая из нервных клеток образует до 10 тыс. соединений, поэтому их общее количество превышает квадрильон. Но это не так уж и важно, потому что синаптическая система чрезвычайно пластична, и одни соединения в данный момент образуются-строятся, в то время как другие разрушаются. Неудивительно поэтому, что только Национальный институт здоровья в вашингтонском пригороде Бетезда отпустил около полусотни миллионов долларов на осуществление Проекта коннектом человека (НСР, Human Connectome Project).

Коннектом, как и геном, представляет собой совокупность, но не генов, а соединительных путей мозга. Сотрудники Национального института здоровья создают карты соединений в мозге 1200 участников, в число которых входят 400 пар близнецов и четыре сотни их «сиблингов», то есть братьев и сестер. Все они проходят исследование на ФМРТ (функциональный магнитно-резонансный томограф), позволяющем увидеть пути и соединения различных отделов мозга.

Журнал Genome Research опубликовал статью, в которой рассматривается вопрос явного несоответствия почти полного (98,8%) совпадения генома человека, шимпанзе и наших мозгов. Авторы проанализировали активность 12 тыс. генов, 702 из которых наиболее ярко проявляют себя в клетках предлобной, или префронтальной, коры (РFС). У шимпанзе таких уникальных генов оказалось всего 55, к тому же у детеныша обезьяны они выключаются практически сразу же после рождения. У детей же экспрессия этих генов достигает пика к пяти годам. Такая же динамика прослежена и для формирования синапсов, которое у нас достигает пика к четырем годам. Из этого становится понятным затянувшееся детство отпрысков человеческих.

У дрозофил и улитки аплизии (Арlysia), способной достигать двухкилограммового веса, относительно давно открыт ген Оrb (олигомер, соединяющийся с РНК), белковый продукт которого накапливается в нейронах, образуя комплексы из нескольких молекул. Журнал Сеll опубликовал статью, в которой говорится, что мутанты мух с нарушенным геном не обладают долговременной памятью, забывая все на следующий же день. По характеру поведения олигомеры Orb похожи на нейротоксический амилоид, накапливающийся в мозге у людей с болезнями Альцгеймера и Паркинсона, а также хореей Гентонгтона и прионными заболеваниями вроде коровьего бешенства.

В норме же белок крайне необходим для усиления и упрочнения формирующихся синапсов, что подтверждается данными сотрудников университета Британской Колумбии в Ванкувере. Они посмотрели распределение вариантов белка МDGA, последняя буква в названии которого соответствует anchor – якорь (расшифровка трех остальных потребует сложных и долгих объяснений).

По своей функции протеин «заякоривает» другой белок, участвующий в формировании тормозных ингибирующих синапсов. МDGА также препятствует контакту двух поверхностных белков клеточной адгезии-соединения, тем самым подавляя образование синапсов. Идею решили проверить на культуре нервных клеток гиппокампа, извилины морского конька, лежащей на основании височной доли. Его нейроны отвечают за формирование памяти, что крайне важно для обучения. Излишнее количество «якорного» протеина подавляло развитие синапсов, гасящих возбуждение, при этом возбуждение нервных клеток не менялось. Выключение гена MDGA вело к увеличению нервных «тормозов».

Открытие белка с негативной функцией удивило ученых, привыкших иметь дело с протеинами активного формирования нервных контактов. Мутации гена MDGA объясняют известное перенапряжение нервных клеток, которые в результате начинают гибнуть, что ведет к таким расстройствам, как аутизм и шизофрения, а также эпилепсия и нейродегенеративные расстройства, при которых наблюдается дисбаланс синапсов возбуждения и торможения. Так вполне возможно, что излишняя концентрация белка MDGA может приводить к гибели нейронов одного из ядер гипоталамуса, отвечающего за наши основные инстинкты: ощущение голода и чувство аппетита, почему люди и отказываются от еды.