뉴런은 자신의 DNA를 바꾼다 06.05.2015

DNA의 안정성은 길고 행복한 삶의 열쇠이므로 세포는 특수 분자 기계의 도움으로 모든 돌연변이를 제거하려고합니다. 물론 여기서 우리는 교차 현상을 상기할 수 있습니다. 예를 들어 생식 세포가 성숙하는 동안(그리고 일반적으로 세포를 분열할 때) 교차하는 동안 상동 염색체 사이에서 대규모 DNA 단편 교환이 발생합니다. .

그러나 이 과정은 세심하게 통제되고 있으며 여전히 세포 분열과 관련이 있습니다. 게놈 불안정의 다른 경우는 외부 원인(돌연변이 방사선 등)으로 인해 발생하거나 DNA 복제 및 복구와 관련된 분자 기계의 정밀하지 않은 작업으로 인해 발생합니다. 정상적이고 건강한 세포는 가능한 한 염색체의 변화를 모니터링하고 가능한 경우 모든 것을 있는 그대로 복원하려고 합니다.

더욱 놀라운 것은 존스홉킨스대학교 송홍준 연구팀의 결과다. 그와 그의 동료들은 정상적이고 성숙한 뇌 뉴런이 후성 유전적 표시를 사용하여 자신의 DNA를 지속적으로 변화시키고 있음을 발견했습니다. 아시다시피, 특정 유전자의 활성을 변경하기 위해 세포는 뉴클레오티드 서열을 간섭할 필요가 없습니다. RNA를 합성하는 단백질에 덜 매력적으로 만드는 특수 마커를 유전자에 공급하는 것으로 충분합니다. 이 마커는 유전 암호의 네 "문자" 중 하나인 시토신의 질소 염기에 부착된 메틸 그룹입니다. (괄호 안은 만일의 경우를 대비하여 일반적으로 메틸 마크와 후성 유전적 조절이 유전자 활성을 제어하는 ​​유일한 방법이 아니라는 점에 주목합니다.)

DNA 메틸화는 쉽지만 시토신에서 라벨을 제거해야 하는 경우가 있습니다. 이것은 더 이상 수행하기 쉽지 않으며 여기에서 전체 반응 사슬이 시작되고 그 과정에서 레이블이 지정된 "문자"가 잘리고 일반, 메틸화되지 않은 시토신이 그 자리에 삽입됩니다. 즉, 불안정성의 강력한 요소인 DNA 사슬 중 하나에 구멍이 형성됩니다. 결국 다른 "문자"가 실수로 여기에 올 수 있으며 실제 돌연변이가 발생합니다. 그럼에도 불구하고, DNA 메틸화 및 탈메틸화 과정은 포유동물 세포에서, 심지어 예측할 수 없는 외부 환경 및 신체의 나머지 부분으로부터 일반적으로 최대로 보호되는 뇌와 같은 "섬세한" 기관에서도 상당히 활발합니다.

네이처 뉴로사이언스(Nature Neuroscience)의 기사에서 저자들은 쥐의 뇌 뉴런에서 탈메틸화 활동이 시냅스 세포 가소성과 분명히 관련이 있다고 썼습니다. 시냅스 가소성은 뉴런이 이웃과의 뉴런 간 연결의 강도를 조절하는 능력으로 이해됩니다. 덕분에 사슬의 충동이 약화되거나 증가할 수 있습니다. 분자 수준에서 이것은 한 뉴런에서 다른 뉴런으로 신호를 전달하는 신경 전달 물질의 수가 어떻게 변하는지, 그리고 "수신 측"에 있는 신경 전달 물질 수용체의 수가 어떻게 변하는지를 통해 알 수 있습니다. 변화의 범위가 넓을수록 더 커집니다. 뉴런의 가소성. 따라서 뇌세포에서 탈메틸화를 억제하는 Tet3 유전자가 꺼지면 시냅스 가소성이 증가합니다. 반대로, Tet3 활성이 자극되면 가소성이 감소했습니다.

추가 실험은 Tet3 유전자가 신경 전달 물질에 대한 수용체 역할을 하는 시냅스 GluR1 단백질의 수준에 영향을 미친다는 것을 보여주었습니다. 뉴런이 가장 미미한 자극에 반응하기 시작하면 Tet3 활성이 증가하고 결과적으로 GluR1 수용체 수준이 감소합니다. 그러나 그 반대도 사실일 수 있습니다. 시냅스의 활동이 크게 감소하면 Tet3에서도 감소하므로 GluR1의 수준이 증가합니다. 이는 차례로 시냅스의 작업에 반영됩니다. 탈메틸화를 담당하는 유전자의 활성은 DNA의 상태, DNA에서 얼마나 자주 뉴클레오티드가 잘려나갔는지에 의해 알 수 있습니다.

시냅스 가소성은 학습 능력과 관련이 있습니다. 많을수록 뇌에 더 좋습니다. 그러나 분명히 일종의 조절기가 있어야 하며, 그 중 하나는 예기치 않게 Tet3 유전자로 밝혀졌으며, 이 유전자는 뉴런간 접촉 활동의 변화에 ​​반응합니다. 물론, DNA의 이 "미세수술", 즉 뉴클레오티드 시퀀스에서 문자를 계속 잘라내는 것이 시냅스가 다른 신호에 반응하는 능력에 정확히 어떻게 영향을 미치는지에 대한 문제가 발생합니다. DNA 사슬의 간격이 시냅스의 강도와 민감도에 직접적으로 영향을 미치는 유전자에 정확하게 떨어질 수도 있지만 정확히 어떤 일이 일어나는지는 추가 연구를 통해서만 알 수 있습니다.