ДНК внутри клеточного ядра вовсе не лежит в виде длинной прямой нити. Она складывается, образует петли и упаковывается в сложную трёхмерную структуру, которая помогает определять, какие гены будут активны, а какие останутся «выключенными».

Новое исследование показывает, что при болезни Альцгеймера эта организация нарушается. Похожие изменения происходят и по мере старения мозга.

<b>Полученные данные указывают на то, что пространственная структура генома может быть ещё одним важным звеном между старением, активностью генов и неврологическими заболеваниями.</b>

<h3>Дело не только в последовательности ДНК</h3>

Учёные давно знают, что на здоровье влияют изменения в самой последовательности ДНК, а также химические метки, которые регулируют работу генов.

Но имеет значение и то, как именно ДНК физически расположена внутри ядра. Исследователи решили проверить, меняется ли эта трёхмерная организация при болезни Альцгеймера и связаны ли такие изменения с нарушениями активности генов.

Для работы использовали образцы мозга людей старше 75 лет, полученные после смерти. У десяти из них была диагностирована болезнь Альцгеймера, ещё десять не имели этого заболевания.

Учёные изучали несколько типов клеток из префронтальной коры — области мозга, которая заметно страдает при болезни Альцгеймера.

<h3>При болезни Альцгеймера ДНК складывается иначе</h3>

Исследователи обнаружили выраженные различия между клетками двух групп. В образцах с болезнью Альцгеймера удалённые друг от друга участки ДНК чаще вступали в контакт, тогда как соседние области взаимодействовали реже. Это указывает на то, что привычная пространственная организация генома становилась менее упорядоченной. Изменения были связаны с перестройкой хроматина — комплекса ДНК и белков, который заполняет ядро клетки.

Одни участки хроматина плотно упакованы и содержат в основном малоактивные гены. Другие остаются более открытыми, и клетки легче используют находящуюся там генетическую информацию. В норме такие области относительно хорошо разделены. Но в клетках при болезни Альцгеймера они смешивались сильнее обычного.

<b>Это усиленное смешение сопровождалось широкими изменениями активности генов.</b>

<h3>Гены нейронов становились менее активными</h3>

Перестройка происходила не случайным образом. Более сильное смешение участков хроматина было связано со снижением активности нескольких групп генов, необходимых для нормальной работы нейронов.

Одновременно активнее становились гены, связанные с производством энергии и обработкой рибонуклеиновой кислоты. Такая картина позволяет предположить, что неправильная укладка ДНК может быть связана с молекулярными нарушениями, которые уже давно наблюдают при болезни Альцгеймера.

Но исследование не доказывает, что именно перестройка генома вызывает заболевание. Возможно, она становится одним из механизмов, через которые клетки мозга постепенно теряют способность нормально функционировать.

<h3>При старении происходят похожие изменения</h3>

В отдельном исследовании учёные изучили клетки гиппокампа — области мозга, которая играет важнейшую роль в формировании и сохранении памяти. Оказалось, что с возрастом трёхмерная организация генома тоже становится менее чёткой.

Эти изменения сопровождались перестройкой активности генов и химических меток на ДНК. Вместе результаты позволяют предположить, что само старение постепенно ослабляет внутреннюю организацию генома. Такое нарушение структуры может влиять на воспалительные процессы и со временем способствовать ухудшению работы мозга.

<b>Поскольку возраст остаётся главным фактором риска болезни Альцгеймера, сходство этих процессов особенно важно.</b>

<h3>Почему форма генома так важна</h3>

По словам руководителя исследования Цзянь Ма, болезнь Альцгеймера невозможно полностью понять, рассматривая только один биологический уровень. Трёхмерная структура генома работает как важнейшая система регулирования, которая связывает последовательность ДНК с активностью генов. Именно это может частично объяснять, почему при болезни Альцгеймера изменения затрагивают сразу множество генов и клеточных процессов.

Получается, исследователям стоит смотреть не только на отдельные мутации или конкретные гены, но и на то, как весь геном физически организован внутри клетки.

<h3>Новое направление исследований</h3>

Результаты поднимают сразу несколько важных вопросов. Учёным ещё предстоит выяснить, являются ли изменения пространственной организации ДНК причиной нарушения работы клеток, следствием болезни или одновременно и тем и другим. Неизвестно также, можно ли замедлить этот процесс, предотвратить его или обратить вспять.

Будущие исследования могут помочь определить, какие изменения структуры генома возникают самыми первыми и можно ли использовать их как признаки старения мозга или прогрессирования заболевания.

<b>Главная мысль заключается в том, что болезнь Альцгеймера может быть связана не только с тем, какая информация записана в ДНК, но и с тем, как именно эта ДНК организована внутри клетки.</b>

Изучение этого пока скрытого уровня может дать более полное представление о том, как старение перестраивает мозг и почему некоторые клетки со временем становятся особенно уязвимыми к разрушительным изменениям.