PLOS Biology: В клетках человеческого мозга найдена посторонняя ДНК

Митохондрии — это часть клеток, произошедшая от древних бактерий. Недавно выяснилось, что они могут вести себя необычно: выбрасывать свою ДНК в ядро клетки мозга. 

Учёные исследовали почти 1200 человек и обнаружили, что у тех, у кого было больше таких вставок, продолжительность жизни была меньше.

Раньше мы считали, что перенос ДНК из митохондрий в геном человека — редкое явление, — говорит Мартин Пикард, психобиолог по митохондриям и доцент поведенческой медицины в Колледже врачей и хирургов имени Вагелоса Колумбийского университета и в Колумбийском центре старения имени Роберта Н. Батлера.

Пикард возглавил исследование вместе с Райаном Миллсом из Мичиганского университета. Учёные выяснили, что это происходит несколько раз в течение жизни человека. Вставки обнаружили в различных областях мозга, но не в клетках крови. Поэтому предыдущие исследования, анализировавшие ДНК крови, не заметили этого явления.

Митохондриальная ДНК ведет себя как вирус

Митохондрии — это часть клеток, которая имеет свою ДНК. В ней всего около 30 генов. Митохондриальная ДНК осталась от древних бактерий, которые жили внутри одноклеточных организмов примерно 1,5 миллиарда лет назад.

За последние несколько десятилетий учёные выяснили, что иногда митохондриальная ДНК перемещается из органеллы в хромосомы человека.

Эти вставки называются ядерно-митохондриальными сегментами — NUMT. Они накапливались в наших хромосомах миллионы лет.

По словам Миллса, у всех нас есть сотни рудиментарных, в основном доброкачественных, сегментов митохондриальной ДНК в хромосомах, доставшихся нам от предков.

Вставки митохондриальной ДНК часто встречаются в человеческом мозге

Исследования последних лет показали, что «NUMTogenesis» происходит и сегодня.

Прыжки митохондриальной ДНК — это не только далёкое прошлое, — говорит Кальпита Каран, которая проводила исследование вместе с Вейчен Чжоу.

Новый NUMT интегрируется в геном человека примерно раз в 4000 рождений. Это один из способов общения митохондрий с генами, который сохранился от дрожжей до человека.

Учёные Пикард и Миллс задумались, могут ли новые унаследованные NUMT появляться в клетках мозга в течение жизни.

Чжоу считает, что наследственные NUMT в основном доброкачественные, так как возникают на ранних стадиях развития, а вредные отсеиваются. Однако если часть митохондриальной ДНК встраивается в ген или регуляторную область, это может иметь последствия для здоровья и продолжительности жизни человека.

Нейроны особенно восприимчивы к повреждениям, вызванным NUMT, потому что мозг не производит новую клетку вместо повреждённой.

Команда исследователей работала с Хансом Кляйном из Центра трансляционной и вычислительной нейроиммунологии в Колумбии. У него был доступ к последовательностям ДНК участников исследования старения ROSMAP, которое возглавлял Дэвид Беннет из Университета Раша.

Учёные искали NUMT в различных областях мозга, используя образцы тканей более 1000 пожилых людей. Оказалось, что ядерная митохондриальная ДНК встраивается в мозг человека, в основном в префронтальную кору, и происходит это несколько раз в течение жизни.

Люди с большим количеством NUMT в префронтальной коре умирали раньше, чем люди с меньшим количеством NUMT. Это говорит о том, что NUMT могут влиять на продолжительность жизни. Накопление NUMT может способствовать старению и сокращению продолжительности жизни.

Стресс ускоряет NUMT-генез

Что является причиной появления NUMT в мозге и почему в некоторых регионах их больше?

Исследователи изучили популяцию клеток человеческой кожи, которые можно долго культивировать в лабораторных условиях. Это позволило провести исследования «продолжительности жизни» клеток.

Оказалось, что клетки постепенно накапливали несколько NUMT в месяц. А когда митохондрии клеток были повреждены из-за стресса, накопление происходило в четыре-пять раз быстрее.

Каран говорит, что стресс может влиять на биологию наших клеток. Чжоу добавляет, что из-за стресса митохондрии чаще высвобождают фрагменты своей ДНК, которые могут попасть в ядерный геном.

Пикард отмечает, что митохондрии не только производят энергию, но и играют важную роль в нашем здоровье. Они контролируют включение или выключение генов, а также могут изменять последовательность ядерной ДНК.

22.08.2024