По мере того как тело стареет, физические эффекты становятся заметными; на коже появляются морщинки, усиливаются физические нагрузки. Но есть и менее заметные процессы. Внутри стареющего мозга работает еще один феномен, который может способствовать возрастным дефектам мозга.
В статье, опубликованной в журнале Nature Neuroscience CSHL, доцент Джошуа Дубнау и его коллеги показывают, что так называемый "прыгающие гены," или транспозоны, увеличение численности и активности в мозге плодовых мушек с возрастом.
Транспозоны, впервые обнаруженные в CSHL профессором Барбарой МакКлинток во время работы с кукурузой (кукурузой) в 1940-х годах, обычно представляют собой повторяющиеся последовательности ДНК, которые встраиваются в ДНК животного или растения.
Прозвище "прыгающие гены" происходит из-за того, что при активации они могут повторно вставлять себя или перемещаться в другую часть генома. Считается, что при этом они либо обеспечивают вариации генетической функции, либо, особенно в зародышевой линии, вызывают потенциально фатальные деструктивные дефекты.
Прыгающие гены в мозгу дрозофил
Продолжительность жизни плодовой мушки можно измерить днями. Средняя муха живет где-то 40-50 дней. Но они представляют собой мощную модель, с помощью которой можно понять генетику таких вещей, как старение и функции мозга, включая память.
Интерес Дубнау был вызван экспериментом, в котором его команда показала, что при нарушении активности белка под названием Ago2 (Argonaute 2) изменяется и долговременная память, что было проверено с использованием обученной павольвийской реакции на запах. "Это нейродегенеративный дефект, который становится все более очевидным с возрастом мух," отмечает Дубнау.
Поскольку известно, что Ago2 участвует в защите от активности транспозонов у плодовых мух, Дубнау и его коллеги в его лаборатории, включая Ванхэ Ли и Лизу Празак, были вынуждены искать транспозоны.
Хотя транспозоны проявляют активность во время нормального развития мозга, вскоре после этого они заглушаются. Подразумевается, что они играют определенную функциональную роль в развитии.
Когда группа Дубнау искала транспозоны, они обнаружили, что наблюдается заметное увеличение уровней транспозонов в клетках мозга или нейронах к 21-дневному возрасту у нормальных плодовых мушек. Наблюдалось, что уровни неуклонно повышаются с возрастом. Эти транспозоны, в том числе один, в частности, цыганский, были очень активны, прыгая с места на место в геноме.
Когда они заблокировали экспрессию Ago2 у плодовых мушек, транспозоны накапливались в гораздо более молодом возрасте. Фактически, уровни транспозонов у молодых Ago2 "Вырубить" мух были эквивалентны таковым у гораздо более старых обычных мух, и их количество еще больше увеличивалось по мере старения нокаутных мух Ago2.
Этому накоплению транспозонов сопутствовали дефекты долговременной памяти, аналогичные тем, которые обычно наблюдаются у гораздо более старых мух, а также значительно сокращенная продолжительность жизни. "По сути, нокаутные мухи Ago2 не имеют долговременной памяти к тому времени, когда им исполняется 20 дней, в то время как нормальные мухи имеют нормальную долговременную память в том же возрасте," Дубнау сообщает.
В предыдущей статье лаборатория Дубнау в сотрудничестве с доцентом CSHL Молли Хэммелл установила связь между транспозонами и разрушительными нейродегенеративными заболеваниями, такими как БАС (боковой амиотрофический склероз или болезнь Лу Герига) и ЛВП (лобно-височная долевая дегенерация). Связью был белок TDP-43, который они показали контрольной транспозонной активностью.
Вместе с результатами новой статьи своей команды Дубнов предлагает "транспозонный шторм" может быть ответственным за возрастную нейродегенерацию, а также за патологию, наблюдаемую при некоторых нейродегенеративных расстройствах.
Однако его исследования до сих пор не выясняют, являются ли транспозоны причиной или следствием дефектов мозга, связанных со старением. "Следующим шагом будет активация транспозонов путем генетического манипулирования плодовыми мушками и выяснение, являются ли они прямой причиной нейродегенерации," Дубнау говорит.