Во время развития эмбрион накапливает больше мутаций, чем получает от родителей

Ученые из Клиники им. Майо, Йельского и Стэнфордского университетов и Нью-Йоркского Центра генома исследовали накопление мутаций в нейронах и нейронных предшественниках мозга эмбрионов. Результаты показали, что эти мутации могут влиять на способности и предрасположенность к болезням сильнее, чем унаследованные от родителей. С другими выводами работы можно ознакомиться в журнале Science.

Сразу после зачатия в клетках развивающегося плода начинают накапливаться мутации, этот процесс продолжается и во взрослой жизни, но гораздо медленнее. Новое исследование пролило свет на часть этого процесса, протекающую при возникновении нейронов (нейрогенезе).

Исследователи сравнили последовательности геномов нейронных предшественников человеческого мозга (клеток, в результате деления которых образуются нейроны) и обнаружили, что эти геномы не идентичны из-за накопления мутаций, возникающих при каждом делении клеток начиная с оплодотворения. Уже в середине беременности нейронные предшественники и производимые нейроны несут в себе порядка 400 мутаций, и их количество скорее всего еще возрастает к моменту рождения. Влияние этих мутаций на индивидуальные свойства мозга и предрасположенности к болезням или, наоборот, к уникальным способностям, может быть гораздо большим, нежели влияние порядка 100 de novo мутаций, имеющихся в оплодотворенной яйцеклетке, предполагают руководители научной работы, сотрудник Клиники им. Майо Алексей Абызов и исследователь из Йельского университета Флора Ваккарино.

Используя обнаруженные мутации как метки, авторы воссоздали хронологию дробления зиготы, тем самым показав, что можно восстановить персональную историю развития клеток каждого человека. Помимо этого они показали, что при нейрогенезе мутации накапливаются быстрее и с другими характеристиками, чем при дроблении зиготы, и далее предполагают, что эти мутации преимущественно являются результатом окисления ДНК, вызванного образованием у эмбриона кровеносной системы, которая распределяет кислород по всему зародышу, включая растущий мозг.

Статья также описывает, что найденные мутации удивительно похожи по своим характеристикам на мутации, присутствующие в раковых клетках, особенно при раке головного мозга. Это наблюдение указывает на то, что рак может возникать как побочный продукт нормального процесса мутагенеза.

По мнению авторов работы, ее результаты помогут объяснить причины возникновения разных раков мозга и мозговых расстройств, таких как аутизм или синдром Туретта. Они в основном связаны с генетическими аномалиями, но гены, ответственные за их возникновение, либо не обнаружены, либо объясняют очень малое количество диагностированных случаев. Понимание мутогенеза при развитии поможет понять, почему у одного однояйцевого близнеца может быть генетическое расстройство, а у другого – нет, или почему некоторые члены семьи с болезнетворной мутацией не болеют.