science 의 사본을 열었습니다 어느 날 밤 집에서, 새로운 연구 제목에서 익숙하지 않은 단어가 내 눈을 사로 잡았습니다 :도파미 닐화. 이 용어는 시냅스를 가로 질러 신호를 전달하는 것 외에도 세포의 핵으로 들어가서 특정 유전자를 조절하는 뇌 화학 도파민의 능력을 나타냅니다. 논문을 읽을 때, 나는 그것이 유전학과 약물 중독에 대한 우리의 이해를 완전히 향상 시킨다는 것을 깨달았습니다. 알코올 및 코카인과 같은 중독성 약물에 대한 강렬한 갈망은 뇌 회로의 기본 중독을 변경하는 도파민 제어 유전자에 의해 발생할 수 있습니다. 흥미롭게도, 결과는 또한 주요 우울증을 치료하는 약물이 일반적으로 효과적이기 전에 몇 주 동안 취해야하는 이유에 대한 답을 제안합니다. 나는 극적인 발견에 충격을 받았지만 실제로 그것을 이해하기 위해서는 먼저 어떤 것들을 꺼내야했다.
David Lange의 생물학 교수는“대학에서 배운 것의 절반은 틀렸다”고 말했다. "문제는 우리는 어느 절반을 모른다는 것입니다." 그가 얼마나 옳았는지. 나는 Jean-Baptiste Lamarck에서 비웃음을 배웠고 그의 이론은 인생 경험을 통해 얻은 특성이 다음 세대에 전달 될 수 있다는 것을 알았습니다. 어리석은 전통적인 예는 목을 나무에서 높은 음식에 도달하기 위해 목을 뻗어 목이 길어진 아기 기린을 초래합니다. 그런 다음 생물 학자들은 우리가 부모가 우리의 유전자의 DNA 서열에 변화없이 인생에서 습득 한 특성을 상속 할 수 있다는 것을 발견했습니다. 그것은 상속 될 수 있지만 실제로 유전자 코드의 일부가 아닌 유전자 발현의 형태 인 후성 유전학이라는 과정 덕분입니다. 이것은 도파민과 같은 뇌 화학 물질이 역할을하는 것으로 밝혀졌습니다.
모든 유전자 정보는 우리의 유전자의 DNA 서열에서 암호화되며, 새로운 생명을 불러 일으키는 계란과 정자 사이의 유전자의 무작위 교환에서 특성이 전달됩니다. 유전자 정보 및 지시는 DNA의 긴 이중 헬릭스 가닥에 4 개의 상이한 분자 (뉴클레오티드 A, T, G 및 C)의 순서로 코딩된다. 선형 코드는 상당히 길기 (인간 세포 당 약 6 피트 길이)이므로 카세트 테이프의 스풀 주위에 자기 테이프가 상처를 입는 것과 비슷한 단백질 보빈 주위에 깔끔하게 감겨 있습니다.
.상속 된 유전자는 수정 된 난으로부터 독특한 개인을 구축하기 위해 활성화되거나 불 활성화되지만, 세포는 또한 수명 내내 특정 유전자를 일생 동안 켜고 끄기 위해 단백질 세포를 기능해야합니다. 유전자가 활성화되면, 특수 단백질은 DNA에 걸리고, 그곳의 서열을 읽고 메신저 RNA 형태로 그 서열의 일회용 사본을 만듭니다. 메신저 RNA는 유전자 지침을 세포 리보솜으로 셔틀로하여 코드를 해독하고 유전자에 의해 지정된 단백질을 만듭니다.
그러나 그 중 어느 것도 DNA에 접근하지 않고 작동하지 않습니다. 유사하게, 자기 테이프가 단단히 상처를 입으면 카세트의 정보를 읽을 수 없습니다. 후성 유전학은 테이프를 풀어 주거나 그렇지 않은 경우 어떤 유전 적 지시가 수행되는지 제어합니다. 후성 유전 상속에서 DNA 코드는 변경되지 않지만 액세스에 대한 액세스.
그렇기 때문에 모든 세포에 동일한 DNA가 있어도 우리 몸의 세포가 너무 다를 수 있습니다. DNA가 다양한 스풀 (히스톤이라는 단백질)에서 풀려나지 않으면 세포의 기계는 숨겨진 코드를 읽을 수 없습니다. 예를 들어 적혈구를 만들어내는 유전자는 뉴런이되는 세포에서 차단됩니다.
세포는 어떤 유전자가 읽을 것인지 어떻게 알 수 있습니까? 특정 유전자의 DNA가 주위에 바람이 부는 히스톤 스풀에는 분자 후 음표와 같은 특정 화학 태그가 표시됩니다. 그 마커는 다른 단백질이 다른 단백질을“테이프를 굴리기”하고 해당 히스톤에서 관련 DNA를 풀어야합니다 (또는 태그에 따라 굴리지 않음).
.우리가 여전히 더 많이 배우고있는 매혹적인 과정이지만, 겉보기에는 관련이없는 뇌 화학 물질이 역할을 할 것으로 기대하지 않았습니다. 신경 전달 물질은 뉴런 사이에 신호를 전달하는 특수 분자입니다. 뉴런 사이 의이 화학적 신호 전달은 우리가 생각하고, 배우고, 다른 분위기를 경험할 수있게 해주 며, 신경 전달 물질 신호가 잘못되면인지 적 어려움이나 정신 질환을 겪을 때.
세로토닌과 도파민은 유명한 예입니다. 둘 다 우울증, 불안 장애 및 중독과 같은 심리적 질병에 관여하는 신경 전달 물질의 클래스 인 모노 아민입니다. 세로토닌은 기분을 조절하는 데 도움이되며, 선택적 세로토닌 재 흡수 억제제로 알려진 약물은 널리 처방되고 만성 우울증 치료에 효과적입니다. 우리는 그들이 뇌의 세로토닌 수준을 높여서 효과가 있다고 생각하며, 이는 분위기, 동기 부여, 불안 및 보상을 제어하는 신경 회로에서 뉴런 간의 의사 소통을 향상시킵니다. 그것은 의미가 있지만, 약물이 우울증을 완화하기 전에 보통 한 달 이상이 걸린다는 것은 궁금합니다.
반면에 도파민은 뇌의 보상 회로에서 일하는 신경 전달 물질입니다. 그것은 "Gimme-a-High-Fiz!"를 생산합니다. 우리가 빙고를 때렸을 때 분출하는 행복감의 박차. 코카인 및 알코올과 같은 거의 모든 중독성 약물은 도파민 수치를 증가시키고 화학적으로 유도 된 도파민 보상은 추가 약물 갈망을 초래합니다. 약화 된 보상 회로는 우울증의 원인이 될 수 있으며, 이는 우울증을 앓고있는 사람들이 도파민을 높이는 불법 약물을 복용함으로써 왜 자기 치료를 할 수 있는지 설명하는 데 도움이 될 것입니다.
그러나 (Sinai 산의 Icahn School of Medicine의 신경 과학자 인 Ian Maze가 이끄는 연구 인 Dopaminylation Paper를 읽은 후에 알 수 있듯이 세로토닌은 또 다른 기능을 가지고 있음을 보여주었습니다. 구체적으로, 그것은 H3로 알려진 히스톤 유형에 결합 할 수 있으며, 이는 인간 줄기 세포 (모든 종류의 세포의 선구자)를 세로토닌 뉴런으로 변형시키는 유전자를 제어 할 수있다. 세로토닌이 히스톤에 결합 할 때, DNA는 긴장을 풀고, 줄기 세포의 발달을 세로토닌 뉴런으로 지시하는 유전자를 켜고, DNA를 단단히 상처를 유지함으로써 다른 유전자를 끄는 동시에. (따라서 세로토닌이 다른 유형의 세포로 변하는 것을 보지 못하는 줄기 세포는,이를 뉴런으로 변형시키는 유전자 프로그램이 활성화되지 않기 때문에.)
.그 발견은 미로 팀의 팀에서 도파민이 비슷한 방식으로 작용할 수 있는지 궁금해하여 약물 중독 및 철수와 관련된 유전자를 조절했습니다. 4 월 과학 저를 놀라게 한 종이, 그들은 세로토닌을 H3에 부착하는 동일한 효소가 도파민의 부착을 H3에 촉매 할 수 있음을 보여주었습니다.
이 결과는 이러한 화학 물질에 대한 우리의 이해에 큰 변화를 나타냅니다. H3 히스톤에 결합함으로써, 세로토닌 및 도파민은 DNA의 전사를 RNA로 조절하고, 결과적으로, 이들로부터 특정 단백질의 합성을 조절할 수있다. 그것은 신경 과학에서 잘 알려진 인물들을 이중 작용제로 바꾸어 신경 전달 물질로 작용하지만, 후성 유전학의 비밀 마스터로도 작용합니다.
Maze의 팀은 자연스럽게이 새로운 관계를 탐구하기 시작했습니다. 먼저 그들은 코카인 사용자로부터 사후 뇌 조직을 조사했습니다. 그들은 중독에 중요한 것으로 알려진 뇌 영역에서 도파민 뉴런의 클러스터에서 H3의 도파미 닐화의 양이 감소한 것을 발견했다 :복부 tegmental 영역 또는 VTA.
.그러나 그것은 흥미로운 상관 관계 일 뿐이므로 코카인 사용이 실제로 이러한 뉴런에서 H3의 도파미 닐화에 영향을 미치는지 알아 내기 위해 연구원들은 10 일 동안 코카인을 자체 관리하기 전과 후에 쥐를 연구했습니다. 인간 코카인 사용자의 뇌에서와 마찬가지로, H3의 도파미 닐화는 쥐의 VTA의 뉴런 내에서 떨어졌다. 연구원들은 또한 코카인에서 래트를 철수 한 후 1 개월 후 반동 효과를 발견했으며,이 뉴런에서 대조군 동물보다 H3의 훨씬 높은 도파미닐 화가 발견되었다. 그 증가는 어떤 유전자가 켜지거나 끄는 지 조절하고, 뇌의 보상 회로를 다시 배선하고 철수 중에 강렬한 약물 갈망을 일으키는 데 중요 할 수 있습니다.
궁극적으로, 뇌에서 전형적인 도파민 기능뿐만 아니라 도파 미닐 화이 약물 추구 행동을 제어 할 수있는 것처럼 보입니다. 장기 코카인 사용은 뇌의 보상 경로에서 신경 회로를 수정하여 회로가 정상적으로 작동하는 데 필요한 약물을 꾸준히 섭취합니다. 이를 위해서는 이러한 변화에 대한 단백질을 만들기 위해 특정 유전자를 켜고 끄는 것이 필요하며, 이것은 DNA 서열의 변화가 아니라 H3에 작용하는 도파민에 의해 구동되는 후성 유전 학적 메커니즘이다.
.이 가설을 테스트하기 위해, 연구자들은 도파민이 부착하는 아미노산을 다른 반응하지 않는 아미노산을 대체함으로써 쥐의 H3 히스톤을 유전자로 변형시켰다. 이것은 도파미 닐화가 발생하는 것을 막는다. 코카인으로부터의 철수는 신경 회로 재배치 및 시냅스 연결을 변경하는 데 관여하는 수백 개의 유전자의 판독의 변화와 관련이 있지만, 도파미 닐화가 방지 된 쥐에서는 이러한 변화가 억제되었다. 더욱이, VTA 뉴런에서의 신경 임펄스 발사가 감소되었고, 이들은 도파민이 줄어들어 이러한 유전 적 변화가 실제로 뇌의 보상 회로 작동에 영향을 미치고 있음을 보여준다. 이것은 물질 사용 장애가있는 사람들이 철수 중에 뇌의 도파민 수치를 높이는 약물을 갈망하는 이유를 설명 할 수 있습니다. 마지막으로, 후속 시험에서, 유전자 변형 된 쥐는 훨씬 덜 코카인을 찾는 행동을 나타냈다.
분명하게 말하면, 모노 아민 신경 전달 물질이 유전자의 후성 유전 학적 조절을 제어한다는 발견은 기본 과학 및 의학에 대한 변형 적이다. 이 실험은 도파민에 의한 H3의 태깅이 중독에서 작동하는 신경 회로를 조절함으로써 실제로 약물 추구 행동의 기초가된다는 것을 보여준다.
.그리고 다른 신경 학적 및 심리적 질병에서 도파민과 세로토닌 신호의 중요한 역할을 고려할 때 마찬가지로 흥미 진진한 의미는 중독을 넘어 섰을 것입니다. 실제로 Maze는 그의 팀의 최신 연구 (아직 발표되지 않은)도 주요 우울 장애가있는 사람들의 뇌 조직에서 이러한 유형의 후성 유전 적 표시를 발견했다고 말했습니다. 아마도이 연결은 왜 항우울제 약물이 효과적이기까지 오랜 시간이 걸리는지를 설명합니다. 약물이 뇌의 누락 된 세로토닌을 공급하기보다는이 후성 유전 학적 과정을 활성화하여 작용한다면, 이러한 유전 적 변화가 명백해지기까지 며칠 또는 몇 주가 걸릴 수 있습니다.
.앞으로 미로는 헤로인, 알코올 및 니코틴을 포함한 다른 중독성 약물에 대한 반응으로 이러한 후성 유전 학적 변화가 발생할 수 있는지 궁금합니다. 그렇다면 새로 발견 된이 후성 유전 학적 과정을 기반으로하는 의약품은 결국 중독과 정신 질환에 대한 더 나은 치료로 이어질 수 있습니다.
이 연구와 함께 해설에서 파리 소르본 대학의 Jean-Antoine Girault는 최종적이고 흥미로운 관찰을했습니다. 우리는 전형적인 신경 충동 발사가 핵에 도달하는 뉴런 내부의 칼슘 농도의 동적 변화의 파급 효과를 유발함으로써 효과가 있다는 것을 알고 있습니다. 그러나 Girault는 도파민의 H3에 부착을 촉매하는 효소는 또한 세포 내 칼슘의 수준에 의해 조절된다고 지적했다. 이런 식으로, 뉴런 사이의 전기 수다는 핵으로 전달되며, 행동에 의해 구동되는 신경 활성은 약물을 찾는 행동을 담당하는 유전자에 도파민 후성 유전 적 마커를 부착 할 수 있음을 시사한다. 그것이 인생에서 경험 한 경험이 어떤 유전자를 읽을 수 있는지, 그렇지 않은지 선택할 수있는 방법입니다. Lamarck은 자랑 스러울 것입니다.
이 기사는 Le Scienze의 이탈리아어와 Spektrum.de에서 독일어로 재 인쇄되었습니다. .
