Нейрохимия - Ашмарин И.П.
ISBN 5-900760-02-2
Скачать (прямая ссылка):
25
стволовых отделах мозга уровень транскрипции — промежуточный. Эти данные позволяют сделать вывод о том, что развитие сложных гностических функций в мозге человека связано с прогрессивным увеличением генетического разнообразия составляющих его клеточных элементов.
В последние годы появились работы, позволяющие сделать прямые оценки степени генетической специализации клеток мозга. Они основаны на исследовании локализации различных мозгоспецифических антигенов с помощью моноклональных антител и локализации индивидуальных мРНК с помощью комплементарных клонированных последовательностей. Главным недостатком этих методов является их низкая представительность: в каждой работе исследуется ничтожная доля от всех синтезируемых в клетках мозга мРНК и белков. Добавим также, что в сфере этих исследований в большинстве случаев оказываются белки и мРНК, присутствующие в мозге в относительно высокой концентрации и уже в силу этого обстоятельства экспрессируемые в обширных популяциях нервных клеток. Так, обнаружены антигены, специфические для основных типов нервных клеток (нейронов, астроцитов I и II типа, олигодендроци-тов), а также для нейронов определенных отделов мозга (передний мозг, лимбическая система, мозжечок, зрительные области коры и таламуса).
В рамках соответствующих отделов антигены могут иметь еще более выраженную клеточную специфичность (клетки Голь-джи II в слое зернистых клеток коры мозжечка, клетки Пурки-нье и неидентифицированные нейроны в зернистом слое червя, флоккулюса и парафлоккулюса мозжечка). Известны антигены, которые экспрессируются в перекрывающихся популяциях нейронов в одних отделах ЦНС и неперекрывающихся популяциях — в других. Аналогичные, хотя пока и не столь многочисленные данные получены при исследовании локализации мозгоспецифических мРНК гибридизацией in situ. Судя по морфологическим, нейрофизиологическим, нейрохимическим и другим критериям, в мозге млекопитающих минимальными единицами такой специализации являются группы из десятков-сотен клеток, число которых в мозге крысы ~7 104, а в мозге человека -5-107 (T.Bullock, 1984). Это заведомо превышает общее число экспрессируемых в них генов. По-видимому, морфофункциональная специфичность клеток в мозге определяется уникальностью всей комбинации экспрессируемых в них генов и положением этих клеток в специфических нейронных ансамблях. В то же время тот факт, что такие группы насчиты-
26
вают десятки-сотни клеток с одинаково экспрессируемым геномом, может объясняться необходимостью повышения надежности работы всей системы в целом. Однако в ЦНС некоторых беспозвоночных такая специализация распространяется на индивидуальные нейроны.
1.7.1. Экспрессия генов в ЦНС беспозвоночных
С помощью ДНК-РНК-гибридизации показано, что в ЦНС моллюска-кальмара экспрессируется 46% уникальных последовательностей генома, что достаточно для кодирования нескольких десятков тысяч различных мРНК (C.Perrone Capano et. al., 1986). Следовательно, генетическая сложность клеточных элементов в ЦНС высокоорганизованных беспозвоночных сопоставима с таковой в ЦНС млекопитающих. В отличие от млекопитающих, однако, у кальмара не обнаружено специфической для ЦНС популяции молекул поли(А)+РНК.
Уникальную возможность для исследования экспрессии генов в индивидуальных нейронах представляет ЦНС брюхоногих моллюсков, состоящая из небольшого числа (-2104) крупных, во многих случаях легко идентифицируемых нейронов, сосредоточенных в нескольких ганглиях (R. Scheller et.al., 1984). У аплизии некоторые нейроны достигают размеров 0,5 мм и содержат -0,25 мкг ДНК и -5 нг поли(А)+РНК, что вполне достаточно для анализа методами молекулярного клонирования.
С помощью процедуры дифференциальной гибридизации клонированы гены и мРНК, специфически экспрессирующиеся в отдельных нейронах ЦНС аплизии. В их число входят гены, продукты которых хорошо идентифицированы; например ген, кодирующий гормон откладки яиц, и четыре родственных ему гена. Будучи активными в разных нейронах, они кодируют синтез нескольких физиологически активных пептидов, секреция которых индуцирует стереотипный поведенческий репертуар откладки яиц (прекращение локомоиии, подавление пищевого поведения, повышение респираторной и сердечной активности, собственно откладка яиц). При этом один и тот же пептид может действовать как нейрог ормон на клетки соматических тканей и нейромедиатор на определенные нейроны. Экспрессия других генов этого семейства (ELN) в клетках атриальных желез приводит к синтезу нейроактивных пептидов, вызывающих активацию сумчатых клеток, а также секретируемых во внешнюю среду пептидов, обладающих активностью половых феромонов (калифины А, В и С). Таким образом, кодируемые этим
27
семейством генов пептиды регулируют различные компоненты одного сложного поведенческого репертуара.
Очень интересен также i-ен аплизии, участвующий в регуляции водно-соленого баланса. Он кодирует две мРНК, образующиеся в результате альтернативного сплайсинга. Одна из них является преобладающим продуктом экспрессии гена в одном из нейронов, тогда как укорочения форма мРНК преимущественно синтезируется в некоторых других нейронах. Следовательно, у аплизии существуют механизмы выбора различных путей сплайсинга в разных нейронах.
