Белковый комплекс под названием Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2), который играет важную роль в формировании определенных классов нервных клеток в мозге во время развития, также играет важную роль во взрослом мозге, где он может способствовать развитию болезни Хантингтона и других нейродегенеративных расстройств. Согласно исследованию, проведенному в Медицинской школе Икана на горе Синай и опубликованному 15 августа в журнале Nature Neuroscience.
Исследование Mount Sinai фокусируется на эпигенетике, изучении изменений в действии человеческих генов, вызванных молекулами, которые регулируют, когда, где и в какой степени активируется наш генетический материал. Белковые комплексы играют важную роль в биохимических процессах, связанных с экспрессией генов. Некоторые помогают заглушить гены, тогда как другие участвуют в активации генов. Важность таких комплексов подчеркивается тем фактом, что мыши не могут жить, если они не обладают PRC2.
В полосатом теле, области мозга, которая регулирует произвольные движения, большинство нейронов называются нейронами со средними шипами (MSN), так называемыми из-за их шипастого вида. Кроме того, MSN характеризуются экспрессией определенного набора генов, который определяет их уникальную идентичность и функцию. Однажды указанная личность MSN должна поддерживаться на протяжении всей жизни, чтобы обеспечить нормальную двигательную функцию.
PRC2 – это эпигенетический регулятор гена, который подавляет или подавляет экспрессию данного гена. В то время как предыдущие исследования показали, что PRC2 имеет решающее значение для нормального развития мозга, роль этого белкового комплекса в поддержании специализации и функции взрослых MSN оставалась загадкой.
"Нормальная функция мозга в значительной степени зависит от взаимодействия между узкоспециализированными нервными клетками, которые определены на ранних стадиях развития нервных клеток и которые остаются в мозгу взрослого человека," говорит Энн Шефер, доктор философии, первый автор статьи и доцент кафедры неврологии в Медицинской школе Икана на горе Синай. "Наши данные впервые устанавливают, что PRC2 не только управляет развитием клеток мозга, но и помогает поддерживать идентичность и функцию MSN на протяжении всей жизни животного."
Чтобы изучить роль PRC2 в формировании и функционировании MSN, Dr. Шефер и его коллеги создали модель мыши, в которой отсутствует комплекс PRC2, особенно в нейронах переднего мозга. Исследовательская группа обнаружила, что нейроны у мышей, у которых отсутствует PRC2, в том числе у мышей, у которых отсутствует PRC2 в MSN, демонстрируют несоответствующую реактивацию генов, которые обычно отключены в этих клетках, и подавляют экспрессию генов, которые обычно включены и которые необходимы для специфическая функция MSN. Данные свидетельствуют о том, что PRC2 не только управляет процессом развития клеток мозга, но и что PRC2 помогает поддерживать идентичность MSN во взрослой жизни животного и играет активную роль в определении того, должен ли нейрон жить или умереть.
Более тщательное изучение измененных генов в полосатом теле мышей, у которых отсутствовал PRC2, показало, что многие из этих генов, контролируемых PRC2, как известно, контролируют процесс самоуничтожения клеток мозга. В соответствии с этим открытием, мыши с отсутствием PRC2 показали признаки прогрессирующей гибели клеток в полосатом теле и имели меньшую массу мозга, чем у немутантных мышей. Кроме того, у этих мышей развилось прогрессирующее и смертельное нейродегенеративное расстройство, напоминающее болезнь Хантингтона у людей, что позволяет предположить, что нарушение PRC2 может способствовать нейродегенеративным расстройствам.
"Одной из замечательных особенностей генов, контролируемых PRC2, является их способность после активации усиливать собственную экспрессию," говорит доктор. Шефер. "Мы предполагаем, что гены-мишени PRC2, которые мы идентифицировали, вместе формируются в своего рода молекулярные часы, где временной масштаб активации генов и последующей дедифференцировки нейронов определяет время дегенерации нейронов."