Книга: Мусорная ДНК. Путешествие в темную материю генома

Малые РНК и мозг

Малые РНК и мозг

Хотя мы обычно считаем, что у взрослого человека мозг уже полностью сформировался, недавно полученные данные показывают: даже в этом органе имеются кое-какие стволовые клетки. У животных, полагающихся на хорошо развитое обоняние, эти стволовые клетки могут активироваться, чтобы формировать нейроны, способные откликаться на новые запахи. Это позволяет животному более избирательно реагировать на улавливаемые ароматы. Один из белков стволовых клеток вынуждает их дифференцироваться, превращаясь в определенный тип нейрона восприятия и отклика. Экспрессию этого белка обычно держит под контролем одна из малых РНК. Когда исследователи подавили экспрессию этой малой РНК у мышей, белок стал экспрессироваться активнее, и стволовые клетки мозга начали специализироваться, превращаясь в обонятельные нейроны¹⁸. По-видимому, экспрессия этой малой РНК в естественных условиях подавляется, едва мышь почует что-нибудь новое. Впрочем, сигнальные пути, которые вызывают такое подавление, пока не выявлены.

Малые РНК участвуют в повседневной деятельности клеток, производя тонкую подстройку реакций организма под условия постоянно меняющейся среды. Похоже, не так-то просто будет разобраться в механизме этой подстройки, ибо каждая отдельная малая РНК оказывает на систему сравнительно небольшое воздействие. Самое важное свойство таких молекул — именно общее воздействие многочисленных малых РНК, работающих сообща в рамках чрезвычайно обширных, однако не очень заметных сетей. Уже сейчас удается получать достаточное количество интригующих данных, чтобы мы могли с уверенностью сказать: да, этот класс миниатюрных мусорных элементов оказывает реальное воздействие на организм.

Похоже, мозг особенно чувствителен к пертурбациям в ландшафте малых РНК. Влияние таких изменений может оказаться весьма различным в зависимости от затронутой области мозга и от конкретного времени. Вероятно, это отражает важную роль общения между всеми разнообразными малыми РНК, всеми информационными РНК и белками, чья экспрессия находится под жестким контролем мозга.

Поразительный пример такой роли обнаружили, инактивируя режущий фермент в переднем мозге взрослой мыши¹⁹. Экспрессия малых РНК при этом подавляется. Поначалу кажется, что для зверьков это даже хорошо. Примерно в течение 3 месяцев грызуны даже смышленее, чем обычно. Они лучше выполняют тестовые задания, основанные и на опасении наказания, «кнута», и на ожидании вознаграждения, «пряника». Навыки, связанные с памятью, у них значительно усовершенствуются. Но если кому-нибудь вдруг захочется попробовать проделать это в домашних условиях (в наши дни многие очень серьезно готовятся к экзаменам), имейте в виду: тут не все так безоблачно. Интеллектуальное созвездие поумневших мышей сияло ярко, но недолго. На четвертый месяц после того, как мышкам инактивировали режущий фермент, мозг маленьких пушистых умников начал деградировать.

Подобного рода отсроченную реакцию обнаружили и в другом случае, когда также удалось показать, что малые РНК играют важную роль в мозгу. (Возможно, это означает, что малые РНК мозговых клеток довольно стабильны и отмирают не сразу.) Инактивировали режущий фермент в клетках мозга двухнедельной мыши — в зоне мозга, участвующей в процессах контроля движения. Как и ожидалось, это привело к сильному падению экспрессии малых РНК. Поначалу, казалось, мыши пребывали в отличном состоянии. Но через 11 недель у них появились двигательные расстройства. Анализ мозга подопытных грызунов показал, что у них отмерли нейроны, утратившие способность вырабатывать малые РНК²⁰.

Малые РНК могут играть роль в самых неожиданных ситуациях. Одна из мишеней алкоголя в нашем мозгу — белок, который регулирует характер прохождения сигналов через клеточные мембраны[72]. Информационная РНК для этого белка может встречаться в виде множества разных вариаций, в зависимости от того, каким образом при сплайсинге объединяются вместе участки, кодирующие аминокислоты. Алкоголь вызывает экспрессию определенной малой РНК, которая способна связываться с нетранслируемой областью на конце некоторых из этих вариантных информационных РНК. Это приводит к избирательному разрушению информационных РНК, кодирующих определенные вариации белков. Такое изменение в составе популяции белков приводит к искажению картины отклика нейронов на алкоголь. Оно существенно влияет на устойчивость организма к воздействию алкоголя, а эта устойчивость во многом определяет степень алкогольной зависимости²¹. Соответствующий механизм схематически показан на рис. 18.3. Есть предположения, что малые РНК играют роль и в реакции организма на другие вещества, вызывающие привыкание: например, на кокаин²².