Aivot rakensivat itsensä rikkomalla — ja se oli tarkoitus

Tämä saattaa yllättää sinut: jokainen aivosi solu on joskus rikkonut omaa DNA:taan tarkoituksella.

Kyoto-yliopiston tutkijat tekivät äskettäin hämmästyttävän löydön. Kun aivosi kehittyivät alkiovaiheessa, hermosolut — samat solut jotka nyt mahdollistavat tämän tekstin lukemisen — katkaisivat itse oman DNA:nsä. Ja korjasivat sen sen jälkeen.

Tämä ei ole vika eikä virhe. Näin aivosi rakentuvat.

Tiukan paikan läpi

Kuvittele tilannetta. Olet vasta alkio. Aivosi ei ole vielä muodostunut. Pienet vastasyntyneet hermosolut joutuvat matkustamaan uskomattoman ahtaiden käytävien läpi päätyäkseen lopulliseen sijaintiinsa aivokuorelle.

Se on kuin kulkisi ahtaassa metroasemassa, jossa kaikkialla on tungosta. Paitsi että "metro" on pehmeää aivokudosta ja "väkijoukot" ympäröivät sinua joka suunnasta.

Tämä matka on rankka soluille. Kun neuronit puristuvat ahtaiden rakenteiden välistä, niihin syntyy niin sanottuja kaksoisjuoste-DNA:n katkaisuja. Molemmat DNA-kierreakselin säikeet katkeavat. Se kuulostaa pelottavalta.

Ja normaalisti se olisikin huono uutinen. Tällainen DNA-vaurio liittyy yleensä mutaatioihin, solujen toimintahäiriöihin ja jopa solukuolemaan.

Mutta tässä tapahtuu jotain mielenkiintoista.

Aivoilla on korjausmekanismi

Tutkijat havaitsivat, että terveissä kehittyvissä aivoissa tämä DNA-vaurio on täysin normaalia. Se korjataan nopeasti ennen kuin siitä ehtii aiheutua pysyviä ongelmia.

Tutkimuksen johtaja, professori Mineko Kengaku, tiivisti asian näin: "Kehittyvät aivot näyttävät evoluution tuloksena sietävän ja korjaavan hermosolujen vaurioita tehokkaasti."

Suomeksi: aivosi ovat käytännössä itsekorjautuva kone.

Miten vaurio syntyy?

Miten tämä vauriointi oikein tapahtuu? Tutkijat mallinsivat prosessia laboratoriossa käyttämällä pieniä mikrokäytäviä, jotka jäljittelevät ahtaita väyliä kasvavassa aivokudoksessa. He merkitsivät DNA:n fluoresoivilla tunnisteilla ja seurasivat vaurioiden syntymistä reaaliajassa.

Löydös oli kiehtova. Syyllinen on entsyymi nimeltä Topoisomerase IIβ. Normaaliolosuhteissa tämä entsyymi toimii DNA:n pienenä mekaanikkona — se katkaisee säikeitä lievittääkseen kierrettä ja jännitystä, joka syntyy solujen normaalin toiminnan aikana, ja yhdistää ne sitten uudelleen.

Se on kuin sotkeutuneiden kuulokkeiden selvittäminen. Joskus sinun täytyy vain leikata solmu auki korjataksesi sen, ja sitten yhdistää palat takaisin.

Mutta kun hermosolut ovat mekaanisessa rasituksessa — puristuvat ahtaiden tilojen läpi — tämä entsyymi voi jäädä keskelle prosessia. Se katkaisee DNA:n mutta ei pysty yhdistämään sitä kunnolla, jolloin katkaisuja jää jälkeen.

Miksi neuronit toipuvat — kun muut solut eivät?

Tässä kohtaa asiat menevät todella nokkeliksi. Tutkijat vertasivat neuroneja syöpäsoluihin, jotka liikkuivat samojen ahtaiden tilojen läpi. Syöpäsoluissa DNA-vaurioita syntyy yleensä satunnaisesti, ja ne voivat häiritä normaalia toimintaa tai jopa laukaista solukuoleman.

Mutta neuroneissa? DNA-katkaisut eivät olleet lainkaan satunnaisia. Ne keskittyivät genomin alueisiin, jotka eivät osallistu kriittisiin geeni-toimintoihin. Välttämättömät geenit säilyivät enimmäkseen vahingoittumattomina. Se on melkein kuin vauriot tietäisivät, mitä pitää välttää.

Tämä selittää, miksi neuronit sietävät tätä prosessia kun taas muut solut saattavat kamppailla. Aivot kehittivät käytännössä järjestelmän, jossa vauriot tapahtuvat "turvallisilla alueilla" — paikoissa, joissa tilapäiset katkaisut eivät aiheuta pysyvää haittaa.

Mitä tapahtuu kun korjaus epäonnistuu?

Tutkijat testasivat mitä tapahtuu, kun korjausjärjestelmä ei toimi kunnolla. He muokkasivat hiiriä, joiden vastasyntyneistä neuroneista puuttui entsyymi nimeltä Ligase 4, joka on välttämätön näiden DNA-katkaisujen korjaamisessa.

Tulokset olivat kertovia. Hiiret kehittyivät normaalisti ilman ilmeisiä varhaisia ongelmia. Mutta aikuisuuteen mentäessä niillä alkoi ilmaantua lieviä mutta asteittain pahenevia tasapaino-ongelmia — ongelmia, jotka liittyivät pikkuaivoihin.

Tämä on merkittävää, koska se muistuttaa tiettyjä ihmisten genomin epävakaisuuteen liitettyjä häiriöitä. Se viittaa siihen, että näillä varhaisilla DNA-korjausongelmilla saattaa olla seurauksia, jotka ilmenevät vasta paljon myöhemmin elämässä.

Laajempi kuva

Professori Kengaku huomauttaa, että tämä löydös "muuttaa tapaa, jolla ajattelemme hermosolujen genomia."

Tässä on miksi:

Kaikki aivosi neuronit alkavat samasta DNA:sta. Mutta jos neuronit kokevat eri määriä DNA-vaurioita ja korjausta siirtymänsä aikana — jos jotkut puristuvat ahtaampien tilojen läpi kuin toiset — ne saattavat päätyä pieniin geneettisiin eroihin toisistaan.

Osa tästä mekaanisesta matkasta saattaa kirjaimellisesti olla kirjoitettuna jokaisen yksittäisen neuronin genomiin.

Tämä avaa valtavan mielenkiintoisia kysymyksiä. Voisivatko nämä pienet geneettiset variaatiot auttaa selittämään, miksi meidän 86 miljardia neuronia ovat kaikki niin erilaisia toisistaan? Voisivatko ongelmat tässä vaurio- ja korjausprosessissa vaikuttaa neurologisiin sairauksiin?

Tutkijat selvittävät nyt, voiko tällä olla roolia aivojen kehitykseen vaikuttavissa tai myöhemmällä iällä ilmaantuvissa tiloissa.

Johtopäätös

Tässä tutkimuksessa minua eniten kosketti se, että kehomme on täynnä näitä elegantteja, melkein paradoksaalisia prosesseja. Joskus asioiden täytyy rikkoutua ennen kuin ne voivat rakentua. Joskus vaurio on osa kehitystä. Joskus se, mikä vaikuttaa aluksi kaikkein pelottavimmalta — DNA joka kirjaimellisesti särkyy — osoittautuu olennaiseksi osaksi sinua.

Aivot eivät vain evoluution tuloksena sietäneet tätä prosessia. Ne kehittyivät tekemään siitä turvallista, tehokasta ja toistettavaa. Se ei ole onnea. Se on miljoonia vuosia hiomista.

Ja nyt kun tiedemiehet ymmärtävät tätä mekanismia paremmin, he ovat yhden askeleen lähempänä ymmärtämään mitä tapahtuu kun se menee pieleen — mikä voi lopulta auttaa meitä ymmärtämään ja hoitamaan joukkoa neurologisia sairauksia.

Joskus kaikkein hämmästyttävimmät asiat tapahtuvat näkymättömissä. Juuri nyt, kallosi sisällä, miljardit neuronit tekevät työtään — neuroneja, jotka kerran rikkoivat itsensä ja kokosivat itsensä päästäkseen sinne.

En tiedä sinusta, mutta minä pidän sitä aika uskomattomana.