위협에 직면 한 뇌는 빠르게 행동해야하며, 뉴런은 생명과 죽음의 차이를 철자 할 수있는 것을 배우기 위해 새로운 연결을 만들어 내야합니다. 그러나 그 반응에서 뇌는 또한 지분을 높이고 있습니다. 최근의 발견에서 알 수 있듯이 학습과 기억 유전자를 더 빨리 표현하기 위해 뇌 세포는 많은 핵심 지점에서 DNA를 조각으로 묶은 다음 나중에 골절 된 게놈을 재건합니다.
.이 발견은 뇌의 가소성의 본질에 대한 통찰력을 제공 할뿐 아니라 또한 DNA 파손이 정상적인 세포 과정의 일상적이고 중요한 부분 일 수 있음을 보여줍니다. 이는 과학자들이 노화와 질병에 대해 어떻게 생각하는지, 그리고 그들이 일반적으로 나쁜 행운으로 기록한 게놈 사건에 접근하는 방법에 영향을 미칩니다.
.Helical 사다리의 두 레일이 게놈을 따라 같은 위치에서 절단되는 DNA 이중 가닥이 파손되기 때문에 발견은 더 놀라운 일입니다. 셀이 가닥의 재 부착을 안내하기 위해 남은 "템플릿"이 없기 때문에 셀이 다른 종류의 DNA 손상보다 이중 가닥 파손을 복구하는 것이 더 어렵습니다.
.그러나 DNA 파손이 때때로 건설적인 역할을한다는 사실도 오랫동안 인식되어 왔습니다. 세포가 분열 될 때, 이중 가닥 파괴는 염색체 사이의 정상적인 유전자 재조합 과정을 허용한다. 발달 면역계에서, 그들은 DNA 조각이 항체의 다양한 레퍼토리를 재결합하고 생성 할 수있게한다. 이중 가닥 파괴는 또한 신경 발달과 특정 유전자를 켜는 데 도움이되었다. 그럼에도 불구하고, 이러한 기능은 이중 가닥 휴식이 우연하고 환영받지 않는다는 규칙에 대한 예외처럼 보였습니다.
그러나 2015 년에 전환점이 나왔습니다. 매사추세츠 기술 연구소의 Picower 학습 및 기억 연구소의 신경 과학자이자 이사 인 Li-Huei Tsai는 동료들과 알츠하이머 병을 이중 스트랜드 휴식의 축적과 연결시킨 이전 작업에 대해 후속 조치를 취하고있었습니다. 놀랍게도, 연구자들은 자극적 인 배양 뉴런이 DNA에서 이중 가닥 파괴를 유발했으며, 휴식은 학습과 기억에서 시냅스 활동과 관련된 12 개의 빠르게 행동하는 유전자의 발현을 빠르게 증가 시켰다는 것을 발견했습니다.
.이중 가닥 파괴는 뉴런의 기능에 중요한 유전자 활성을 조절하는 데 필수적인 것처럼 보였다. Tsai와 그녀의 공동 작업자들은 브레이크가 본질적으로 뒤틀린 DNA 조각을 따라 붙어있는 효소를 방출하여 근처의 유전자를 빠르게 전사 할 수 있다고 가정했다. 그러나이 아이디어는“많은 회의론으로 만났다”고 Tsai는 말했다. "사람들은 단순히 이중 가닥 휴식이 실제로 생리 학적으로 중요 할 수 있다고 상상하는 데 어려움을 겪습니다."
.그럼에도 불구하고 호주 퀸즐랜드 대학교 (University of Queensland)의 박사후 연구원 인 폴 마샬 (Paul Marshall)과 그의 동료들은 이번 발견을 추적하기로 결정했습니다. 2019 년에 등장한 그들의 작업은 TSAI 팀의 관찰을 확인하고 확장했습니다. 그것은 DNA 파손이 강화 된 유전자 전사의 두 파도, 즉 즉시, 몇 시간 후에 1 번의 촉진을 촉발했음을 보여 주었다.
Marshall과 그의 동료들은 현상을 설명하기위한 2 단계 메커니즘을 제안했습니다. DNA가 파손되면 일부 효소 분자는 전사 (TSAI의 그룹이 제안한대로)에 해방되며 휴식 부위는 또한 메틸 그룹, 소위 후성 유전 적 마커로 화학적으로 표시됩니다. 나중에, 깨진 DNA의 복구가 시작되면 마커가 제거되고 과정에서 더 많은 효소가 쏟아져 두 번째 전사 라운드를 시작합니다.
Marshall은“이중 가닥 파괴는 트리거로 관련 될뿐만 아니라 마커가되고 마커 자체는 기계를 해당 위치로 조절하고 안내하는 측면에서 기능적입니다.”
.그 이후로 다른 연구는 비슷한 것을 보여주었습니다. 작년에 출판 된 하나는 관련 이중 가닥이 두려움 기억의 형성뿐만 아니라 회상과 관련이 있습니다.
이제 지난 달 plos one 의 연구에서 , Tsai와 그녀의 동료들은이 유전자 발현 의이 반 직관적 인 메커니즘이 뇌에서 널리 퍼질 수 있음을 보여 주었다. 이번에는 배양 뉴런을 사용하는 대신 환경을 감전과 연관시키는 법을 배우는 살아있는 마우스의 뇌에서 세포를 보았습니다. 팀이 충격을받은 마우스의 전두엽 피질과 해마에서 이중 가닥 파손을 겪는 유전자를 매핑했을 때, 그들은 수백 개의 유전자 근처에서 발생하는 휴식을 발견했으며, 그 중 다수는 기억과 관련된 시냅스 과정에 관여했습니다.
.그러나, 충격을받지 않은 마우스의 뉴런에서도 일부 이중 가닥 파괴가 발생했다는 것입니다. Virginia Polytechnic Institute와 State University의 신경 과학자 인 Timothy Jarome은“이러한 휴식은 정상적으로 뇌에서 발생하고 있습니다. "저는 이것이 항상 가장 놀라운 측면이라고 생각합니다. 왜냐하면 그것이 항상 일어나고 있음을 시사하기 때문입니다."
.이 결론의 추가 지원에서, 과학자들은 또한 GLIA라는 비 뉴런 뇌 세포에서 이중 가닥 파괴를 관찰하여 다른 구색의 유전자를 조절했습니다. 이 발견은 기억의 형성 및 저장에서 Glia의 역할을 암시하며, DNA 파손이 다른 많은 세포 유형에서 규제 메커니즘 일 수 있음을 암시합니다. Jarome은“이것은 아마도 우리가 생각하는 것보다 더 넓은 메커니즘 일 것입니다.
그러나 DNA를 파괴하는 것이 특히 기억 통합 또는 다른 세포 기능에 관계없이 중요한 유전자 발현을 유도하는 빠른 방법이더라도 위험합니다. 이중 가닥 파괴가 같은 위치에서 반복해서 반복해서 발생하고 제대로 수리되지 않으면 유전자 정보가 손실 될 수 있습니다. 또한,이 유형의 유전자 조절은 특히 노화 및 신경 독성 조건에서 뉴런이 게놈 병변에 취약해질 수 있습니다. "라고 Tsai는 말했습니다.
하버드 의과 대학의 신경과 전문의이자 유전 학자 인 브루스 얀 크 (Bruce Yankner)는“뇌에서 너무나도 사용 된 것이 흥미 롭다”고 말했다.
수리 과정이 효율적이고 효과적이지만 나이가 들어감에 따라 변경 될 수 있기 때문일 수 있습니다. Tsai, Marshall 및 다른 사람들은 이것이 알츠하이머 병과 같은 조건에서 신경 퇴행의 메커니즘이 될 수 있는지 여부와 방법을 연구하고 있습니다. Yankner는 또한 시아피 암이나 외상 후 스트레스 장애에 잠재적으로 기여할 수 있다고 말했다. 이중 가닥 파괴가 신경계 외부의 세포에서 유전자 활성을 조절하면, 그 메커니즘의 파괴는 또한 근육 손실 또는 심장병으로 이어질 수 있습니다.
신체 의이 메커니즘의 세부 사항과 사용이 더 잘 이해되면서 결국 새로운 치료 치료의 개발을 안내 할 수 있습니다. 최소한 마샬은 기본 메모리 프로세스에서의 중요성을 고려할 때 이중 가닥 파손을 방지하려고하는 것은 올바른 접근법이 아닐 수도 있다고 말했다.
.그러나이 연구는 또한 게놈에 대한 생각을 정적 용어로 생각하지 말고 그것을 역동적 인 것으로 구상하기 시작해야한다는 것을 보여줍니다. Marshall은“[DNA] 템플릿을 활용할 때마다 템플릿을 방해하고 템플릿을 변경합니다. "그리고 그것이 반드시 나쁜 것은 아닙니다."
그와 그의 동료들은 조절 조절 및 암을 포함한 부정적인 결과와 관련된 다른 유형의 DNA 변화를 조사하기 시작했습니다. 그들은 기본 메모리 관련 프로세스를 규제하는 데 이러한 변화에 대한 중요한 역할을 밝혀 냈습니다.
Marshall은 많은 연구자들이 여전히 유전자 전사의 기본 조절 메커니즘으로 DNA의 파괴를 보는 데 여전히 어려움을 겪고 있다고 생각합니다. "아직 아직 걸리지 않았다"고 말했다. "사람들은 여전히 DNA 손상이라는 생각으로 전환됩니다." 그러나 그는 자신의 일과 TSAI 팀의 새로운 결과가“다른 사람들을위한 문을 열어 줄 것입니다… 조금 더 깊이 조사 할 것입니다.”
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