Neurony zmieniają własne DNA. Bezpłatne wiadomości z biblioteki technicznej

NOWOŚCI NAUKI I TECHNOLOGII, NOWOŚĆ W ELEKTRONIKI
Bezpłatna biblioteka techniczna / Kanał wiadomości

Neurony zmieniają własne DNA

06.05.2015

Stabilność DNA jest kluczem do długiego i szczęśliwego życia, dlatego komórka stara się wyeliminować wszystkie mutacje za pomocą specjalnych maszyn molekularnych. Oczywiście możemy tu przywołać zjawisko krzyżowania, które występuje np. podczas dojrzewania komórek rozrodczych (i w ogóle dzielących się komórek) – podczas krzyżowania dochodzi do wielkoskalowej wymiany fragmentów DNA pomiędzy chromosomami homologicznymi .

Proces ten jest jednak pod ścisłą kontrolą i nadal jest związany z podziałem komórek. Jeśli chodzi o inne przypadki niestabilności genomu, powstają one albo z przyczyn zewnętrznych (takich jak promieniowanie mutagenne), albo z powodu niezbyt precyzyjnej pracy maszyn molekularnych zaangażowanych w powielanie i naprawę DNA. Normalna, zdrowa komórka stara się jak najdokładniej monitorować zmiany w chromosomach i, jeśli to możliwe, przywrócić wszystko tak, jak było.

Tym bardziej zaskakujące są wyniki grupy badawczej Hongjun Song na Uniwersytecie Johnsa Hopkinsa. On i jego współpracownicy odkryli, że normalne, dojrzałe neurony mózgowe nieustannie dokonują zmian we własnym DNA za pomocą znaczników epigenetycznych. Jak wiadomo, aby zmienić aktywność konkretnego genu, komórka nie musi ingerować w sekwencję nukleotydową, wystarczy zaopatrzyć gen w specjalne markery, które zmniejszą jego atrakcyjność dla białek syntetyzujących RNA. Markery te to grupy metylowe przyłączone do azotowej zasady cytozyny, jednej z czterech „liter” kodu genetycznego. (W nawiasach, na wszelki wypadek, zauważamy, że znaczniki metylowe i ogólnie regulacja epigenetyczna nie są jedynym sposobem kontrolowania aktywności genów.)

Metylacja DNA jest łatwa, ale zdarza się, że z cytozyny trzeba usunąć znacznik. Nie jest to już takie proste, a tu uruchamia się cały łańcuch reakcji, a po drodze wycinana jest oznaczona „litera”, a w jej miejsce wstawiana jest zwykła, niemetylowana cytozyna. Oznacza to, że w jednym z łańcuchów DNA powstaje dziura, co jest silnym elementem niestabilności - w końcu może tu trafić jakaś inna „litera” i dostaniemy prawdziwą mutację. Niemniej jednak procesy metylacji i demetylacji DNA są dość aktywne w komórkach ssaków, nawet w tak „delikatnym” narządzie jak mózg, który na ogół jest maksymalnie chroniony przed nieprzewidywalnym środowiskiem zewnętrznym i resztą ciała.

W swoim artykule w Nature Neuroscience autorzy piszą, że w neuronach mózgu myszy aktywność demetylacji była wyraźnie powiązana z plastycznością komórek synaptycznych. Plastyczność synaptyczna rozumiana jest jako zdolność neuronu do regulowania siły połączenia międzyneuronowego z sąsiadami – dzięki temu impuls w łańcuchu może osłabiać się lub zwiększać. Na poziomie molekularnym widać to po tym, jak zmienia się liczba neuroprzekaźników, które przekazują sygnał z jednego neuronu do drugiego, oraz jak zmienia się liczba receptorów neuroprzekaźników po „stronie odbiorczej” – im szerszy zakres zmian, tym większy plastyczność neuronu. Tak więc, kiedy gen Tet3, który hamuje demetylację, został wyłączony w komórkach mózgu, wzrosła plastyczność synaptyczna; odwrotnie, gdy aktywność Tet3 była stymulowana, plastyczność malała.

Dalsze eksperymenty wykazały, że gen Tet3 wpływa na poziom synaptycznego białka GluR1, które służy jedynie jako receptor dla neuroprzekaźników. Jeśli neurony zaczęły reagować na najmniejsze bodźce, wzrosła aktywność Tet3, w wyniku czego spadł poziom receptora GluR1 - czyli komórki przestały reagować na najmniejsze zmiany impulsów, synapsy wróciły do standardowego trybu działania. Ale może być też odwrotnie: jeśli aktywność synaps została znacznie zmniejszona, w Tet3 również spadła, więc poziom GluR1 wzrósł - co z kolei znalazło odzwierciedlenie w pracy synaps. Aktywność genu odpowiedzialnego za demetylację można było zobaczyć po stanie DNA, po tym, jak często wycinano w nim nukleotyd.

Plastyczność synaptyczna wiąże się ze zdolnością uczenia się – uważa się, że im jej więcej, tym lepiej dla mózgu. Ale oczywiście musi mieć jakiś regulator, a jednym z nich nieoczekiwanie okazał się gen Tet3, reagujący na zmiany w aktywności kontaktów międzyneuronalnych. Oczywiście pojawia się pytanie, jak dokładnie ta „mikrochirurgia” DNA, czyli ciągłe wycinanie liter z sekwencji nukleotydów, wpływa na zdolność synaps do reagowania na różne sygnały. Niewykluczone, że luki w łańcuchach DNA padają właśnie na te geny, które bezpośrednio wpływają na siłę i wrażliwość synaps, ale co dokładnie tam się dzieje, wiadomo dopiero z dalszych badań.

<< Powrót: Wielofunkcyjne przekaźniki przeciążeniowe serii EMT6 firmy EATON 06.05.2015

>> Naprzód: Kompaktowy Canon imageFormula DR C240 05.05.2015

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Udowodniono istnienie reguły entropii dla splątania kwantowego 09.05.2024

Mechanika kwantowa wciąż zadziwia nas swoimi tajemniczymi zjawiskami i nieoczekiwanymi odkryciami. Niedawno Bartosz Regula z Centrum Obliczeń Kwantowych RIKEN i Ludovico Lamy z Uniwersytetu w Amsterdamie przedstawili nowe odkrycie dotyczące splątania kwantowego i jego związku z entropią. Splątanie kwantowe odgrywa ważną rolę we współczesnej nauce i technologii informacji kwantowej. Jednak złożoność jego struktury utrudnia zrozumienie go i zarządzanie nim. Odkrycie Regulusa i Lamy'ego pokazuje, że splątanie kwantowe podlega zasadzie entropii podobnej do tej obowiązującej w układach klasycznych. Odkrycie to otwiera nowe perspektywy w dziedzinie informatyki i technologii kwantowej, pogłębiając naszą wiedzę na temat splątania kwantowego i jego powiązania z termodynamiką. Wyniki badań wskazują na możliwość odwracalności transformacji splątania, co mogłoby znacznie uprościć ich zastosowanie w różnych technologiach kwantowych. Otwarcie nowej reguły ... >>

Mini klimatyzator Sony Reon Pocket 5 09.05.2024

Lato to czas relaksu i podróży, jednak często upały potrafią zamienić ten czas w udrękę nie do zniesienia. Poznaj nowość od Sony - miniklimatyzator Reon Pocket 5, który obiecuje zapewnić użytkownikom większy komfort lata. Sony wprowadziło do oferty wyjątkowe urządzenie – miniodżywkę Reon Pocket 5, która zapewnia schłodzenie ciała w upalne dni. Dzięki niemu użytkownicy mogą cieszyć się chłodem w dowolnym miejscu i czasie, po prostu nosząc go na szyi. Ten mini klimatyzator wyposażony jest w automatyczną regulację trybów pracy oraz czujniki temperatury i wilgotności. Dzięki innowacyjnym technologiom Reon Pocket 5 dostosowuje swoje działanie w zależności od aktywności użytkownika i warunków otoczenia. Użytkownicy mogą łatwo regulować temperaturę za pomocą dedykowanej aplikacji mobilnej połączonej przez Bluetooth. Dodatkowo dla wygody dostępne są specjalnie zaprojektowane koszulki i spodenki, do których można doczepić mini klimatyzator. Urządzenie może och ... >>

Energia z kosmosu dla Starship 08.05.2024

Wytwarzanie energii słonecznej w przestrzeni kosmicznej staje się coraz bardziej wykonalne wraz z pojawieniem się nowych technologii i rozwojem programów kosmicznych. Szef startupu Virtus Solis podzielił się swoją wizją wykorzystania statku kosmicznego SpaceX do stworzenia orbitalnych elektrowni zdolnych zasilić Ziemię. Startup Virtus Solis zaprezentował ambitny projekt stworzenia elektrowni orbitalnych przy użyciu statku Starship firmy SpaceX. Pomysł ten mógłby znacząco zmienić dziedzinę produkcji energii słonecznej, czyniąc ją bardziej dostępną i tańszą. Istotą planu startupu jest obniżenie kosztów wystrzeliwania satelitów w przestrzeń kosmiczną za pomocą Starship. Oczekuje się, że ten przełom technologiczny sprawi, że produkcja energii słonecznej w kosmosie stanie się bardziej konkurencyjna w stosunku do tradycyjnych źródeł energii. Virtual Solis planuje budowę dużych paneli fotowoltaicznych na orbicie, wykorzystując Starship do dostarczenia niezbędnego sprzętu. Jednak jedno z kluczowych wyzwań ... >>

Nowa metoda tworzenia potężnych akumulatorów 08.05.2024

Wraz z rozwojem technologii i coraz większym wykorzystaniem elektroniki, kwestia tworzenia wydajnych i bezpiecznych źródeł energii staje się coraz pilniejsza. Naukowcy z Uniwersytetu w Queensland zaprezentowali nowe podejście do tworzenia akumulatorów cynkowych o dużej mocy, które mogą zmienić krajobraz branży energetycznej. Jednym z głównych problemów tradycyjnych akumulatorów wodnych było ich niskie napięcie, co ograniczało ich zastosowanie w nowoczesnych urządzeniach. Ale dzięki nowej metodzie opracowanej przez naukowców udało się pokonać tę wadę. W ramach swoich badań naukowcy zajęli się specjalnym związkiem organicznym – katecholem. Okazało się, że jest to ważny element, który może poprawić stabilność akumulatora i zwiększyć jego wydajność. Takie podejście doprowadziło do znacznego wzrostu napięcia akumulatorów cynkowo-jonowych, czyniąc je bardziej konkurencyjnymi. Zdaniem naukowców takie akumulatory mają kilka zalet. Mają b ... >>

Zawartość alkoholu w ciepłym piwie 07.05.2024

Piwo, jako jeden z najpopularniejszych napojów alkoholowych, ma swój niepowtarzalny smak, który może zmieniać się w zależności od temperatury spożycia. Nowe badanie przeprowadzone przez międzynarodowy zespół naukowców wykazało, że temperatura piwa ma znaczący wpływ na postrzeganie smaku alkoholu. Badanie prowadzone przez naukowca zajmującego się materiałami Lei Jianga wykazało, że w różnych temperaturach cząsteczki etanolu i wody tworzą różnego rodzaju skupiska, co wpływa na postrzeganie smaku alkoholu. W niskich temperaturach tworzą się bardziej piramidalne skupiska, co zmniejsza ostrość smaku „etanolu” i sprawia, że napój ma mniej alkoholowy smak. Wręcz przeciwnie, wraz ze wzrostem temperatury grona stają się bardziej łańcuchowe, co skutkuje wyraźniejszym alkoholowym posmakiem. To wyjaśnia, dlaczego smak niektórych napojów alkoholowych, takich jak baijiu, może zmieniać się w zależności od temperatury. Uzyskane dane otwierają nowe perspektywy dla producentów napojów, ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum

We śnie mózg widzi coś nowego 24.08.2015

Nasz sen dzieli się na wolne i szybkie fazy, a szybki nazywany jest również snem REM, gdzie REM - szybki ruch oczu, szybkie ruchy gałek ocznych. Zwykle mówi się, że w tym momencie śnimy, a oczy poruszają się wraz z obrazami, które pędzą przez śpiący mózg. Jednak nie było na to bezpośrednich dowodów - do dziś.

Neurobiolodzy z Uniwersytetu w Tel Awiwie, Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles i Uniwersytetu Wisconsin Madison zaangażowali 19 pacjentów z padaczką, którzy mieli przejść operację. Przed usunięciem części tkanki nerwowej powodującej drgawki pacjentowi wstrzykiwano elektrody, które miały wskazywać, skąd, od których neuronów zaczyna się napad padaczkowy. Zwykle w takich przypadkach równolegle z zabiegiem medycznym prowadzone są pewne badania podstawowe, ponieważ jest to niepowtarzalna okazja, aby zajrzeć do żywego ludzkiego mózgu.

Itzhak Fried i współpracownicy śledzili aktywność poszczególnych komórek nerwowych w środkowej korze skroniowej, gdzie zachodzi przejście między percepcją wzrokową a pamięcią. Lokalne neurony reagują zarówno na nowe zdjęcie, jak i na to, co już znamy (na przykład na zdjęcia znajomych lub odwiedzone miejsca), a w drugim przypadku nie trzeba nawet patrzeć na zdjęcie, wystarczy zamknąć twoimi oczami i zobacz coś znajomego, zapisanego w pamięci, „oko umysłu”. Charakter aktywności neuronalnej w obu przypadkach jest inny. Pracę komórek nerwowych rejestrowano, gdy osoba spała, kiedy budziła się i leżała w ciemnym pokoju (i nic nie widziała), a także kiedy oglądała jakieś wideo i komunikowała się z ludźmi. W osobnym teście poproszono ochotnika o skupienie wzroku na czymś, aby zrozumieć, jak zachowują się neurony, gdy ich oczy są nieruchome.

I okazało się, że podczas snu REM neurony pracują tak, jakby mózg zobaczył coś nowego – tak jakbyśmy na jawie weszli w miejsce zupełnie nam nieznane. We śnie komórki nerwowe odpalały się dokładnie po kolejnym ruchu gałek ocznych, więc z dużym prawdopodobieństwem można argumentować, że praca oczu i praca neuronów są ze sobą naprawdę powiązane. Wyniki eksperymentów zostały opisane w artykule w Nature Communications.

Dane te w pewnym sensie przeczą poglądowi, zgodnie z którym w śpiącym mózgu wykonywana jest nieświadoma praca z obrazami, które zapadły w pamięć, gdy nie spaliśmy. Powtórzmy, neurony działają tak samo, jak w rzeczywistości i „widzą” nie coś znajomego, co może pochodzić z pamięci, ale coś nowego. Tutaj jednak jest zbyt wiele niejasności i pułapek, aby wyciągnąć globalne wnioski.

Po pierwsze, co oznacza „nowy” i „stary”? Może połączenie starych obrazów daje nowe wrażenie wizualne? Jeśli komórki naprawdę reagują na coś nowego, to skąd się to bierze z zamkniętymi oczami? I wreszcie, co najważniejsze, chociaż uważamy, że szybkie ruchy oczu we śnie wskazują na sen, nie ma na to ścisłych dowodów. Oznacza to, że nie wiemy, dlaczego oczy się poruszają, czy jest to reakcja na sny.

Według niektórych założeń sny na ogół odnoszą się do momentu, gdy dopiero zasypiamy lub gdy się budzimy, i są sygnałami docierającymi do na wpół śpiącego mózgu z zewnątrz. Pozostaje mieć nadzieję, że dalsze badania pomogą nam zrozumieć, co dzieje się ze świadomością podczas przechodzenia od czuwania do snu i odwrotnie.

Zobacz całość Archiwum wiadomości z nauki i techniki, nowa elektronika

Wszystkie języki tej strony

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn