В нервных клетках специальные белки приманивают ДНК-ремонтирующие машины к особо активным генам.

Повреждения в ДНК возникают из-за радиации, из-за токсинов, из-за ошибок собственных клеточных ферментов, которые работают с генетической информацией. Но в некоторых случаях дефекты в ДНК появляются специально, как это происходит в нейронах. Мы как-то писали, что нейроны рвут собственную ДНК ради памяти: разрывы в ДНК активируют гены, необходимые для формирования межнейронных соединений-синапсов.

(Иллюстрация: Tohey22 / Depositphotos) 

Возможно, не только нейроны рвут ДНК для активации определённых генов, но у нервных клеток есть особенность: они всё время принимают и передают импульсы, они всё время формируют новые синапсы или ликвидируют старые. Разорвать ДНК и так её и оставить нельзя — свободные концы ДНК, появившиеся в неположенном месте, спровоцируют разные молекулярные события, из-за чего ДНК может повредиться ещё сильнее, и нейрону не останется ничего другого, кроме как погибнуть. То есть разрывы в ДНК, пусть и специально сделанные, нужно быстро залатать обратно. Но с учётом постоянной активности нейронов, такой ремонт ДНК должен не прекращаться ни на минуту. Более того, молекулярный аппарат, занимающийся ремонтом (или репарацией) ДНК должен быстро находить именно то место, где нужен ремонт.

У всех клеток есть несколько типов репарации ДНК, используемых для разных повреждений. Нейроны, как пишут в Nature сотрудники Гарвардского университета, используют ещё один, особый механизм репарации ДНК, точнее, это не столько отдельный механизм, сколько специальная модификация одного из обычных типов репарации ДНК свойственная, по-видимому, только нейронам.

Этот нейронный ремонт ДНК тесно связан с транскрипцией, то есть с копированием генетической информации с ДНК в РНК. Как мы знаем, прямо из ДНК генетическая информация работать не может. Ген нужно сначала скопировать — транскрибировать — в РНК, а уже РНК можно как-то использовать. Например, на РНК синтезируются белки, которые добывают для клетки энергию, поддерживают ей форму, дают способность генерировать электрохимический импульс и обслуживают синапсы (если мы говорим о нейронах). Любая транскрипция — то есть копирование информации из ДНК в РНК — происходит с помощью транскрипционных факторов, специальных белков, которые управляют активностью генов. И вот ещё в конце 2000-х в нейронах обнаружили транскрипционный фактор NPAS4. Никакие другие клетки его не используют, нейроны же управляют с его помощью генами, от которых зависит электрическая активность самих нейронов.

Новые эксперименты показали, что NPAS4 не только помогает управлять транскрипцией, но также нацеливает ремонтные системы на участки ДНК с разрывами. NPAS4 делает это не сам, но в составе большого сигнального супермолекулярного комплекса из двадцати одного белка. Если его тем или иным способом отключить, подавить его активность, в ДНК появится больше разрывов, а ремонтные ферменты будут меньше интересоваться ДНК. С отключённым сигнальным суперкомплексом нейроны меньше живут — очевидно, из-за того, что плохо заделываются разрывы в ДНК.

Иными словами, нейроны увязали транскрипцию и репарацию: транскрипционный фактор, который нужен для чтения ДНК, привлекает к активным генам репарирующие системы, которые должны срастить разрывы в активной ДНК. Возможно, в перспективе мы научимся как-то стимулировать работу NPAS4, чтобы в нейронной ДНК было меньше дефектов и сами нейроны дольше жили, однако сначала нужно убедиться, что этот механизм работает и в человеческих клетках — потому что пока его изучали только в нейронах мышей.