В период внутриутробного развития мозг человека создаёт огромное количество нейронов с избытком, чтобы затем, незадолго до и сразу после рождения, уничтожить значительную их часть. Нейробиологи давно знали об этом явлении, но его причина оставалась неясной. Теперь совместное исследование Гарвардской медицинской школы и Бостонской детской больницы, опубликованное в журнале Nature, показало, что этот процесс служит своего рода контролем качества.
Учёные выяснили, что мозг плода содержит множество клеток с генетическими дефектами — так называемыми вариациями числа копий генов, когда крупные участки ДНК дублируются или, наоборот, выпадают. Подобные изменения связывают с развитием аутизма, шизофрении и эпилепсии. Оказалось, что до 46% нейронов в мозге до рождения несут в себе такие вариации. Однако после рождения их доля резко падает до примерно 6%.
Чтобы понять механизм этого отбора, исследователи проанализировали ДНК и РНК более чем 44 тысяч отдельных клеток коры головного мозга. Они обнаружили, что нейроны с генетическими дефектами не могут производить белки, необходимые для создания синапсов — связей с другими нейронами. В развивающемся мозге нейроны буквально соревнуются за право встроиться в нейронную сеть. Те, что успешно формируют связи, получают сигналы, поддерживающие их жизнь. Нейроны, которые не смогли этого сделать, запускают программу клеточной гибели.
Эта борьба за выживание — дарвиновская конкуренция — оказалась природным механизмом контроля качества в мозге.
— Кристофер Уолш, один из руководителей исследования
По словам Кристофера Уолша, профессора педиатрии и неврологии, учёные были совершенно не готовы к тому, насколько распространены такие мутации на ранних стадиях развития. Он сравнил это с наблюдениями в области экстракорпорального оплодотворения, где ранние эмбрионы часто содержат клетки с генетическими аномалиями, но в итоге из них развиваются здоровые дети.
Исследователи полагают, что сбой в этой системе отбора может объяснять, почему генетически уязвимые нейроны сохраняются и потенциально приводят к нарушениям развития нервной системы. Сейчас научная группа изучает, не ослабевает ли этот механизм при аутизме. Другое направление работы — выяснить, могут ли дефектные нейроны, избежавшие уничтожения при рождении, становиться более уязвимыми в пожилом возрасте и ускорять развитие таких болезней, как болезнь Альцгеймера.
Письма читателей