Egyes neuronok anyai, mások apai géneket választanak
A Neuron tanulmánya feltérképezte, hogy a különböző életkorokban és a különböző agyterületeken az agysejtek ugyannak a génnek az anyától vagy az apától örökölt változatát használják-e. Sejtszinten a genetika az eddig gondoltnál jóval bonyolultabban működik, a most kifejlesztett új eszköz hozzájárulhat a mentális betegségek öröklődésének megértéséhez.
Az elmúlt száz évben az volt az elfogadott nézet, hogy a sejtjeink az életünk során nagyjából egyforma mértékben expresszálják az anyánktól, illetve az apánktól örökölt allélelet. Azonban a biológia ennél bonyolultabb, nyilatkozta Christopher Gregg, a Neuron-tanulmány (Diverse Non-Genetic Allele Specific Expression Effects Shape Genetic Architecture at the Cellular Level in the Mammalian Brain) utolsó szerzője.
Mint az egyes allélek aktivitását monitorozni képes eszközt kifejlesztő kutatócsapat vezetője kifejti, rágcsáló, majom és emberi agyban egyaránt előfordul az is, hogy egyes neuronok vagy speciális neuronok csoportjai csak az anyától vagy csak az apától származó géneket csendesítenek el. A szülőktől származó allélek különböző aktivációja leggyakrabban a fejlődő agyban fordul elő, ekkor a gének 85%-át érinti (a különbség kifejezett pl. a szerotoninszekréciót kontrolláló dorzális raphe-magvakban). Az agy érése során a neuronok egyre inkább egyenlő mértékben használják az anyától és az apától származó géneket, azonban a gének legalább 10%-a esetében felnőttkorban is megmarad az apától, illetve anyától örökölt allélek eltérő expressziója.
A jelenség annak megértésében is segíthet, hogy mi az értelme a szexuális szaporodásnak. Normális esetben az, hogy két példánnyal rendelkezünk minden génből, védelmet nyújthat abban az esetben, ha az egyik példány meghibásodik. Azonban mint kiderült, vannak olyan periódusok, amikor az egészséges génváltozat van kikapcsolva, és ezalatt a kritikus periódus alatt a sejt különösen érzékeny a másik allél mutációira, teszi hozzá a neurobiológus Gregg (University of Utah School of Medicine).
A mentális betegségek hátterében álló génhibák gyakran heterozigóták, csak az egyik szülőtől örökölt allélt érintik; az allélek most feltárt eltérő expressziója arra is magyarázattal szolgálhat, hogy miért mutatható ki sok esetben összefüggés ugyanazon gén és többféle mentális betegség között (ez a helyzet pl. a szkizofrénia és az autizmus esetében is), és mi az oka, hogy különböző életkorban ugyanaz a betegség eltérő súlyosságú tünetekkel jelentkezik. A mentális betegségekre való hajlam és az eltérő allélexpresszió közötti bonyolult összefüggést példázza az autizmusban közreműködő DEAF1 gén, amiről kiderült, hogy az agy különböző régióiban más és más a működő génváltozat, és ugyanez a helyzet szkizofréniára, figyelemhiányos zavarra és bipoláris betegségre hajlamosító gének esetén is.
Néhány évtizede már ismert, hogy egyes gének különböző mértékben expresszálják az anyától, illetve az apától származó változatukat, azonban azt eddig nem tudtuk, hogy a jelenség ilyen elterjedt az agyban, továbbá, hogy az aktivációs mintázat változik az életkorral, és eltérő a különböző sejttípusokban és agyi régiókban. Gregg és munkatársai azt is felfedezték, hogy az elcsendesítés hátterében az eddig ismert mechanizmusokon túl (epigenetikai imprinting, és lányok esetében az egyik X-kromoszóma inaktiválása) másféle folyamatoknak is működniük kell; a mechanizmusok közül némelyek életkorfüggőek, mások megszületés után stabilak, némelyik csak specifikus idegsejtekben működik, és van, amelyik antagonisztikus hatású: párhuzamosan csökkenti és növeli a két szülőtől örökölt allél átíródását. A mechanizmusok feltárása új terápiás megközelítések kifejlesztését fogja eredményezni, mondja a tanulmány első szerzője, Wei-Chao Huang. Mint a tanulmány bioinformatikus szerzője, Elliott Ferris kifejti, csapatuk a közeljövőben azt szeretné feltárni, hogy a szülői allélek eltérő expressziója miként működik közre az agyi funkció, illetve a betegségkockázat alakításában.
Az eltérő allélaktiváció nemcsak az agy, hanem a többi szerv, így pl. a máj vagy a vázizom sejtjeiben is kimutatható, ezért a Gregg és munkatársai által kifejlesztett big data elemző módszer az agyi zavarokon kívül más betegségekre való hajlam kutatására is alkalmazható.
