Когда мозг развивается, миллиарды молодых нейронов рождаются не там, где им предстоит работать. Чтобы занять свое место, они проходят длинный путь через плотную ткань мозга, протискиваясь между другими клетками. Долгое время считалось, что такие перемещения могут создавать механическую нагрузку на клетки, но было непонятно, насколько это опасно для их ДНК. Новое исследование, опубликованное в Nature, показало, что во время такого путешествия в молекулах ДНК действительно возникают разрывы. Однако в большинстве случаев это не приводит к катастрофе — клетки умеют быстро устранять такие повреждения.
Миграция молодых нейронов в развивающемся мозжечке, а также образование и последующее исчезновение повреждений ДНК в процессе их перемещения. Credit: Zhang, Z., et al, Nature 654 (2026)
Исследователи изучали развитие мозжечка у мышей — области мозга, которая отвечает за координацию движений и поддержание равновесия. Они наблюдали за молодыми нейронами в тот момент, когда те мигрировали через очень узкие пространства. Дополнительно ученые создали условия, при которых клетки проходили через специальные мембраны с крошечными отверстиями разного диаметра. Это позволило воспроизвести механические нагрузки, возникающие при миграции во время нейроразвития. Затем исследователи оценивали, появляются ли повреждения ДНК, как долго они сохраняются и какие механизмы помогают клеткам их устранять.
Самая жесткая часть клетки — это ядро, внутри которого находится ДНК. Когда нейрон протискивается через узкое пространство, ядро сильно деформируется. Оказалось, что из-за такой деформации начинает неправильно работать фермент топоизомераза. В норме он временно разрезает обе цепи ДНК, снимает возникающее напряжение и сразу же соединяет их обратно. Но при сильной механической нагрузке этот процесс иногда «застревает»: фермент остается прикрепленным к ДНК, а в молекуле возникают двуцепочечные разрывы. Авторы показали, что именно этот механизм, а не разрыв оболочки ядра, становится основной причиной повреждений у молодых нейронов. Несмотря на большое количество разрывов, большинство из них исчезало уже примерно через сутки после окончания миграции. Для восстановления используется один из основных механизмов ремонта ДНК — система негомологичного соединения концов (NHEJ). Она сшивает разорванные участки ДНК, позволяя клетке продолжить нормальную работу. Это говорит нам о том, что подобные повреждения являются, скорее, обычной частью развития мозга, чем признаком болезни.
Чтобы это проверить, ученые отключили у мышей один из ключевых белков системы восстановления ДНК — LIG4. В этом случае разрывы ДНК уже не исчезали полностью и сохранялись в клетках на протяжении всей жизни животных. При этом сами нейроны не погибали, а мозжечок выглядел практически нормально даже под микроскопом. Однако со временем последствия все же становились заметны. У животных постепенно нарушалась координация движений: им становилось сложнее удерживать равновесие на узкой перекладине, менялась походка, шаги становились менее уверенными. Причем эти изменения развивались медленно — в течение нескольких месяцев.
Исследователи также выяснили, что разрывы возникают не по всему геному одинаково. Они редко затрагивали участки ДНК, содержащие активно работающие гены, и чаще появлялись в менее активных областях генома. Вероятно, это помогает клеткам избежать серьезных нарушений работы жизненно важных генов даже тогда, когда повреждения все же возникают.
Раньше считалось, что повреждения ДНК в нейронах в основном связаны со старением, воспалением или различными заболеваниями. Работа показывает, что часть таких повреждений возникает гораздо раньше — еще во время нормального развития мозга, когда молодые нейроны просто перемещаются к своему месту. Большинство этих разрывов успешно устраняется. Но если система восстановления ДНК работает недостаточно эффективно, даже такие естественные повреждения могут постепенно менять работу нервных клеток и со временем способствовать развитию нарушений функций мозга. Именно поэтому авторы считают механическую нагрузку во время миграции нейронов одним из важных естественных источников повреждений ДНК в мозге.
Текст: Полина Ложкина
Zhang, Z., Canela, A., Kurisu, J. et al. Confined migration induces non-lethal DNA damage in developing neurons. Nature 654, 1098–1107 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026-10648-8
Читайте материалы нашего сайта во ВКонтакте, Одноклассниках, Яндекс-Дзен и каналах в Telegram и MAX.
