Mózg rozwijający się przed urodzeniem produkuje więcej neuronów, niż będzie potrzebował, a duża część z nich ma poważne błędy w DNA. Badacze z Harvard Medical School i Szpitala Dziecięcego w Bostonie opisali w „Nature”, że większość takich komórek jest usuwana około narodzin. To może być ważny mechanizm kontroli jakości.

Co ustalili naukowcy

Zespół skupił się na tzw. wariantach liczby kopii (CNV), czyli nieprawidłowych duplikacjach lub utratach fragmentów DNA. Takie zmiany mogą wpływać na pracę mózgu i bywają wiązane z zaburzeniami neuropsychiatrycznymi, m.in. autyzmem, schizofrenią, padaczką i niepełnosprawnością intelektualną.

Okazało się, że w korze mózgowej przed urodzeniem średnio 25,9% neuronów miało rozległe CNV, a w niektórych przypadkach niemal połowa. Po urodzeniu odsetek ten gwałtownie spadał, średnio do 6,2%. Badacze potwierdzili też wcześniejsze obserwacje, że wadliwe neurony są eliminowane również w dorosłości, tylko znacznie wolniej.

Współautor badania Peter Park podkreślał, że w rozwijającym się mózgu od 13% do 46% neuronów jest obciążonych takimi zmianami, ale istnieje mechanizm, który je usuwa około czasu porodu.

Jak to sprawdzono

Sekwencjonowanie genomu pojedynczych neuronów w dużej skali jest bardzo drogie, więc autorzy opracowali tańszą metodę, porównywaną do zdjęcia w niskiej rozdzielczości. Zastosowano ją do 1526 neuronów od 16 osób, a wyniki zweryfikowano głębszym sekwencjonowaniem 831 neuronów od 12 osób. Specjalne metody obliczeniowe pozwalały wykrywać CNV w każdym genomie osobno.

W kolejnym etapie przeanalizowano zarówno DNA, jak i RNA z 44 861 pojedynczych komórek. Neurony z licznymi CNV miały nieprawidłową aktywność genów związanych z tworzeniem i utrzymywaniem synaps, czyli połączeń między neuronami. Wiadomo od dawna, że neurony rywalizują o synapsy, a te, które nie nawiążą połączeń, zwykle obumierają. Wyniki sugerują, że komórki z zaburzonym genomem przegrywają tę rywalizację.

Jak powiedział Diane Shao, współpierwsza autorka pracy: „Mózg selekcjonuje pod kątem integralności genomu”.

Co dalej i co to oznacza w praktyce

Część zmienności genetycznej utrzymuje się nawet w zdrowym dorosłym mózgu. Badacze nie wiedzą jeszcze, czy to przypadkowy produkt uboczny rozwoju, czy zjawisko, które do czegoś służy. Sprawdzają teraz, czy u osób z autyzmem i innymi zaburzeniami neurorozwojowymi proces eliminacji przebiega inaczej. Autyzm był już łączony z nieprawidłowym „przycinaniem” synaps. Zespół bada także, czy mechanizm ma znaczenie dla obumierania neuronów w chorobach neurodegeneracyjnych, jak choroba Alzheimera.

Dla czytelnika w Polsce to na razie wiedza podstawowa: nie przekłada się na badanie ani leczenie, które można zastosować w gabinecie. Wyniki nie oznaczają też, że obecność zmian w DNA części neuronów u płodu jest powodem do niepokoju. Wręcz przeciwnie, badanie pokazuje, że to zjawisko powszechne, a organizm ma sposób na jego ograniczanie. Autorzy zwracają uwagę na analogię do badań nad zapłodnieniem in vitro, gdzie we wczesnych zarodkach także często znajduje się komórki z nieprawidłowym genomem, a mimo to większość zarodków rozwija się w zdrowe dzieci.

Badania prowadzono w USA, ale biologia rozwoju mózgu jest taka sama na całym świecie, więc ustalenia mogą być w przyszłości wykorzystane także przez europejskie zespoły badające autyzm i choroby neurodegeneracyjne. Na praktyczne zastosowania trzeba jednak poczekać.

Źródło: Medical Xpress – „Abnormal neurons are surprisingly common in the developing brain”