«Прыгающие гены» могут быть связаны с возрастными нарушениями головного мозга

В процессе старения в организме начинают накапливаться изменения: на коже появляются морщины, физическая активность требует больше усилий. Однако происходят и менее заметные изменения: в стареющем головном мозге протекает процесс, который может привести к появлению возрастных нарушений и дефектов мозга.

В статье, опубликованной в журнале Nature Neuroscience, доцент Лаборатории Колд Спринг Харбор (Cold Spring Harbor Laboratory, CSHL, США) Джошуа Дюбнау (Joshua Dubnau) и его коллеги показали, что в головном мозге плодовых мушек дрозофил во время старения значительно увеличивается количество и активность так называемых «прыгающих генов», или транспозонов.

Транспозоны представляют собой повторяющиеся последовательности ДНК, способные к самостоятельному перемещению внутри генома. Встраиваясь в геном, транспозоны могут вызывать мутации, в том числе и такие значительные, как хромосомные перестройки, а также приводить к дестабилизации генома.

Транспозоны у дрозофил

Средняя продолжительность жизни дрозофилы измеряется днями: в среднем они живут около 40-50 дней. Тем не менее, плодовые мушки являются удобной моделью для исследования генетических основ таких процессов, как старение, функционирование мозга и память.

В более ранних экспериментах научная группа Дюбнау продемонстрировала, что нарушение активности белка Ago2 (Argonaute 2) приводило к расстройству долговременной памяти у дрозофил, что выражалось в нарушении условного рефлекса мушек на запах. Поскольку известно, что белок Ago2 вовлечен в механизм защиты от активности транспозонов у дрозофил, Дюбнау с коллегами обратили внимание на транспозоны.

Группа Дюбнау выявила значительное увеличение уровня транспозонов в нейронах к 21 дню развития дрозофилы. С возрастом этот уровень неуклонно возрастает. Транспозоны, среди которых и транспозон gypsy, были высоко активны и перемещались по геному.

Искусственно заблокировав экспрессию Ago2, исследователи обнаружили, что транспозоны начали накапливаться с более раннего возраста. В действительности, уровень транспозонов у молодых нокаутированных по гену Ago2 дрозофил соответствовал таковому у более взрослых нормальных мушек, и далее в процессе старения нокаутированных насекомых повышался.

Наряду с накоплением транспозонов у мушек наблюдались нарушения долговременной памяти, схожие с таковыми у старых дрозофил, а также было отмечено снижение продолжительности жизни.

«Фактически, нокаутированные по Ago2 дрозофилы не имели долговременной памяти к 20-дневному возрасту, в то время как нормальные мушки этого же возраста имели обычную долговременную память», - сообщает Дюбнау.

В предыдущей статье лаборатории Дюбнау, опубликованной совместно с доцентом Лаборатории Колд Спринг Харбор Молли Хаммелл (Molly Hammell), была установлена связь между транспозонами и тяжелыми нейродегенеративными заболеваниями, такими как боковой амиотрофический склероз и лобно-височная дегенерация. Было обнаружено, что связующим звеном является белок TDP-43, контролирующий активность транспозонов.

Проанализировав полученные данные, Дюбнау предположил, что транспозоны могут являться причиной возрастных нейродегенеративных изменений, а также нарушений, наблюдаемых при некоторых нейроденегеративных заболеваниях.

Однако исследование не отвечает на вопрос, являются ли транспозоны причиной или результатом возрастных нарушений мозга. По словам Дюбнау, следующим шагом его научной группы станет искусственная активация транспозонов в геноме дрозофил для выяснения того, являются ли они непосредственной причиной нейродегенерации.

Статья Activation of transposable elements during aging and neuronal decline in Drosophila была опубликована в журнале Nature Neuroscience.

Сканирующая электронная микрофотография плодовой мушки Drosophila melanogaster с ложно-окрашенными глазами. Художественная интерпретация с использованием наложения изображения показывает участки активации транспозонов в мозгу мушек (зеленый цвет). (фото: Image courtesy Josh Dubnau)

По материалам Cold Spring Harbor Laboratory

Оригинальная статья:
Wanhe Li, Lisa Prazak, Nabanita Chatterjee, Servan Grüninger, Lisa Krug, Delphine Theodorou, Josh Dubnau. Activation of transposable elements during aging and neuronal decline in Drosophila. Nature Neuroscience, 2013; DOI: 10.1038/nn.3368