Мозг буквально разрывает себя на части: последствия определят уровень нашего интеллекта

Мозг ребенка — это не просто развивающийся компьютер, а настоящая строительная площадка, где рабочие постоянно ломают несущие конструкции, чтобы протащить кабель. Ученые из Киотского университета обнаружили: молодые нейроны в процессе миграции буквально разрывают собственную ДНК на куски. Звучит как биологическое самоубийство, но физика процесса подсказывает — без этого "вандализма" мы бы никогда не стали умными.

Фото: Анна Маляева is licensed under Рubliс domain

Реакции в мозге

Давка в черепной коробке: почему рвется ДНК

Представьте, что вам нужно пролезть сквозь плотную толпу в узком коридоре, неся в руках хрупкую стеклянную нить. Нейроны в развивающемся мозге занимаются ровно этим. Чтобы занять свое место в коре, клетка протискивается сквозь невероятно плотные ткани. Исследователи из института WPI-iCeMS выяснили, что это механическое давление вызывает массовые повреждения генома. ДНК ломается сразу в двух цепях — это самый опасный вид поломок, который обычно ведет к раку или гибели клетки.

"Это не ошибка системы, а нормальный этап стройки. Развивающийся мозг научился не просто терпеть эти разрывы, но и мгновенно их латать. Мы увидели, что клетки восстанавливаются меньше чем за сутки", — отметила в статье Nature ведущий автор исследования профессор Минеко Кенгаку.

Чтобы доказать это, биологи создали микроканалы, имитирующие тесноту живого мозга. Когда нейрон втискивался в узкий лаз, маркеры внутри него вспыхивали пурпурным — шел разрыв. Стоило клетке выбраться на простор, как повреждения исчезали. В отличие от раковых клеток, где ДНК рвется хаотично, нейроны "жертвуют" только второстепенными участками генома, сохраняя жизненно важные инструкции в целости. 

Фермент-предатель и быстрый ремонт

Виновником разрушений оказался трудолюбивый фермент Топоизомераза IIβ. В мирное время он работает как парикмахер: делает временный надрез на спутавшейся ДНК, дает ей распутаться и тут же склеивает обратно. Но когда нейрон сжимает внешнее давление, фермент "застревает" в разрезе. В итоге клетка остается с разодранным геномом. Латать дыры приходится механизму негомологичного соединения концов — биологическому аналогу синей изоленты, который просто сшивает края вместе.

"Механические нагрузки на ядро — это серьезный вызов. Если система латания дыр дает сбой, мы получаем не здоровую ткань, а патологию. Это похоже на то, как сбоит любая сложная система под внешним давлением", — разъяснил в беседе с Pravda. Ru учёный-физик Дмитрий Лапшин.

Генетическая лотерея: как рождается индивидуальность

Самое безумное в этом открытии — возможность того, что каждый ваш нейрон уникален. Пока клетка ползет к своей цели и рвет ДНК, при ремонте могут возникать крошечные "опечатки". В итоге нейроны, вышедшие из одной "материнской" клетки, становятся генетически разными. Этот шрам от путешествия записывается в историю клетки навсегда. Возможно, именно так природа создает невероятное разнообразие связей в голове, превращая мозг в сложнейшую структуру, сравнимую с центрами древних галактик по своей динамике.

"Генетические различия между нейронами одного мозга — это фундамент нашей психической сложности. По сути, каждый нейрон проходит через свой 'естественный отбор' еще до рождения человека", — подчеркнул в беседе с Pravda.Ru биофизик Алексей Корнилов.

Что будет, если "изолента" закончится

Когда ученые вывели мышей, у которых "клей" для ДНК (фермент Лигаза 4) работал плохо, начались проблемы. С виду здоровые грызуны по мере взросления стали терять равновесие. У людей такие поломки ведут к тяжелым синдромам нестабильности генома и атаксии. Пока нейрон лезет сквозь тернии к звездам, любая заминка в ремонте превращает его в инвалида. Это исследование объясняет, почему многие неврологические болезни закладываются еще в утробе, когда стройка идет слишком активно.

Ответы на популярные вопросы о развитии мозга

Опасно ли это повреждение ДНК для жизни?

В норме — нет. Это стандартный физиологический процесс. Клетки мозга адаптированы к микроповреждениям и успешно восстанавливают цепочки ДНК без потери функциональности.

Может ли физическая активность матери повлиять на этот процесс?

Напрямую — вряд ли. Теснота внутри развивающегося мозга определяется плотностью самой ткани эмбриона, а не внешними прыжками или бегом.

Влияет ли это на интеллект?

Гипотеза о генетической уникальности нейронов предполагает, что именно эти "шрамы" на ДНК могут делать наш мозг более гибким и обучаемым, создавая базу для индивидуальных талантов.

Связаны ли эти разрывы с возникновением рака мозга?

У здорового человека — нет. Разрывы происходят в строго определенных местах и быстро закрываются. Но при генетической предрасположенности к плохой регенерации риск мутаций возрастает.

Читайте также

• Сверчки или спецслужбы? Как звук из 1953 года стал оружием, которое до сих пор пугает мир
• Кто убил обитателей Эдема? Разгадка самой темной тайны в истории Галапагосских островов
• Станция внутри высотки: как в Китае решили проблему тесноты в 30-миллионном городе
• Космический корабль Илона Маска почти на Земле: на его борту — сокровище, которое ждали десятилетиями