В нейронах репарируются в первую очередь самые важные и активно транскрибируемые гены

Нейроны — самые долгоживущие клетки человеческого тела. В них не происходит репликация, поэтому репарация ДНК играет особо важную роль. На настоящий момент мало известно о стратегиях, которые применяют нейроны для защиты своего генома. Ученые из Института биологических исследований Солка (США) разработали метод Repair-seq для анализа репарации в зрелых нервных клетках.

Исследователи получили нейроны, добавив доксициклин к трансгенным человеческим эмбриональным стволовым клеткам. Он активировал экспрессию гена NEUROG2, который участвует в дифференциации нейронов.

Для Repair-seq к нейронам добавляли аналог нуклеозида — 5-этинил-2'-гидроксиуридил (EdU), который встраивается в ДНК во время репарации. После этого можно обогатить ДНК-библиотеку нейронов недавно прошедшими репарацию фрагментами с помощью азида биотина, который взаимодействует с EdU.

Обогащенные библиотеки секвенировали и идентифицировали 61 178 четко определенных регионов, в которых происходит репарация. Их назвали «горячими точками», они покрывали около 1,6% генома, особо много их было в промоторах, 5’-нетраслируемых регионах и в кодирующих областях генов.

Около 23,5% «горячих точек» находились в эухроматине и в районах с активной экспрессией. Примерно 67% приходились на гены, особенно с высоким уровнем транскрипции в нейронах. Много «горячих точек» было и в генах, важных для функционирования нейронов, независимо от уровня их экспрессии.

Области репарации находили также в генах, вовлеченных в сплайсинг и связанных с нейродегенеративными заболеваниями, в частности, с болезнью Альцгеймера. Вероятно, снижение активности репарации ассоциировано с возникновением и прогрессированием этого заболевания.

Старение вызывает фундаментальные перестройки эпигенома; биологический возраст можно установить с помощью эпигенетических часов, проанализировав изменения в паттерне метилирования CpG-динуклеотидов. Оказалось, что «горячие точки» располагались вблизи таких связанных со старением метилированных CpG-островков.

При обработке нейронов повреждающим ДНК агентом — неокарциностатином —некоторые «горячие точки» теряются и появляются новые. Аналогичным образом, при старении нестабильность генома потенциально может сместить области репарации от «горячих точек» в другие области, позволив важным для нейронов регионам ДНК деградировать.

Авторы исследования считают, что изобретенный ими Repair-seq — мощный инструмент для изучения влияния возраста и болезней на целостность генома клеток нервной системы. Пока неясно, специфичны ли «горячие точки» репарации для нейронов, так что планируется также изучение других долгоживущих клеток человека и процессов старения в них.