Если представить себе клетку организма в виде города, то в нем обязательно будет завод. Это рибосома, клеточная органелла, синтезирующая белки. Завод работает по строгим инструкциям, которые ему выдают гены ДНК — она расположена в ядре клетки. Структура самого завода-рибосомы также закодирована в генах, их так и называют — рибосомные гены (РГ).
Фото метафазной пластинки под микроскопом, на которой оценивают величину зерна при серебрении. Таким образом получают оценку общего количества рибосомных генов
Фото метафазной пластинки под микроскопом, на которой оценивают величину зерна при серебрении. Таким образом получают оценку общего количества рибосомных генов
Для жизнедеятельности организму требуется очень много «заводов», поэтому и рибосомных генов в клетке много — сотни копий. Причем у каждого человека — свое число копий РГ. Последние исследования говорят, что их количество тесно связано как с долгожительством, так и с механизмами развития разных заболеваний, в том числе шизофрении.
Представьте, что в городе-клетке случается ЧП: организм испытывает стресс, а стрессом может оказаться все что угодно — эмоциональная перегрузка, отравление, обострение заболевания. Чтобы справиться с этим, организм должен как можно быстрее начать менять комплекс белков, а для этого — утилизировать прежние заводы-рибосомы и создать новые.
Гены домашнего хозяйства — надежный тыл клетки
Специалисты относят гены, кодирующие рибосомы, к так называемым генам домашнего хозяйства, потому что именно они поддерживают все важнейшие функции организма и работают в каждой клетке. Чтобы обеспечить только один цикл деления клетки, нужно около десяти миллионов новых рибосом! В состоянии стресса организм должен мобилизоваться, поменять комплекс белков, чтобы защитить себя и обеспечить скорейшее восстановление. Заводы-рибосомы должны быть моментально «разобраны», чтобы как можно быстрее их место заняли новые, способные вырабатывать белок, нужный в конкретный момент.
Справиться с такой задачей организму помогает большое количество копий рибосомных генов. Чем их больше, тем быстрее отстраиваются заводы-рибосомы; тем быстрее они налаживают выпуск продукции — белка; тем легче организму переносить стресс. Казалось бы, все просто. Но это не так.
Кто будет жить долго? Это определяют рибосомные гены
Метод определения количества копий рибосомных генов — уникальная разработка лаборатории молекулярной биологии ФГБНУ «Медико-генетический научный центр имени академика Н. П. Бочкова» (МГНЦ).
Количество рибосомных генов у разных людей меняется в пределах от 200 до 700 копий. Исследователи предположили, что чем лучше человек восстанавливается после стресса, тем больше у него шансов дожить до преклонных лет. Известно, что в России средняя продолжительность жизни в 2016–2017 годах составила 72 года.
Научные работники лаборатории молекулярной биологии ФБГНУ МГНЦ проанализировали, как меняется количество копий рибосомных генов в геномах достаточно больших групп людей различного возраста. В исследовании участвовало около 650 человек, из них 545 мужчин и 106 женщин. Оказалось, что в группе людей, достигших возраста средней продолжительности жизни и выше, это 72–91 год, интервал варьирования числа копий РГ в геноме значительно сужается с обеих сторон и составляет 270–540 копий. Выборка составила 126 человек.
— То есть дожить до преклонного возраста могут только люди со средним количеством рибосомных генов в геноме — не слишком высоким и не слишком низким,— рассказывает доктор биологических наук, заведующая лабораторией молекулярной биологии ФГБНУ МГНЦ Светлана Костюк.— Очевидно, что, если в организме оказывается слишком мало, меньше 270, копий рибосомных генов, он не может обеспечить себя нужным количеством рибосом, а значит, не в состоянии и оперативно менять белковые комплексы.
Такой организм оказывается не способным справляться со стрессом, в том числе с факторами, ускоряющими старение. Но и слишком много рибосомных генов — это, оказывается, тоже плохо!
— Ничего странного в этом нет. В геноме все должно быть сбалансировано,— объясняет научный сотрудник лаборатории молекулярной биологии ФГБНУ МГНЦ, кандидат биологических наук Лев Пороховник.— Достаточно вспомнить, что такое тяжелое заболевание, как синдром Дауна, возникает не от «поломки» какого-то гена, а оттого что вместо двух копий 21-й хромосомы клетки больного несут три копии. То есть появляется «лишняя» копия каждого гена, расположенного на этой хромосоме. Совершенно нормальные гены, просто переизбыток их количества. А точный механизм этой патологии до сих пор неизвестен. Вот так и рибосомные гены, когда их слишком много, становятся по некоторым причинам «токсичными» для клетки.
Схема работающей рибосомы
Схема работающей рибосомы
Рибосомные гены и шизофрения
Слишком много копий рибосомных генов оказалось вовсе не гарантией рекордной стрессоустойчивости и продолжительности жизни. Это подтвердило новое исследование лаборатории молекулярной биологии, поддержанное Российским научным фондом.
Шизофрения остается одним из самых загадочных заболеваний. В России среди всех пациентов, наблюдающихся по поводу патологии психики, удельный вес больных шизофренией составляет 16%. Этот диагноз в значительной степени обусловлен изменениями генома пациентов, но начало болезни зависит от факторов окружающей среды, стресса, перенесенного человеком. ФГБНУ МГНЦ совместно с врачами-психиатрами из психиатрической клинической больницы №1 им. Н. А. Алексеева исследуют роль рибосомных генов в причинах и механизмах развития шизофрении.
Неожиданно оказалось, что у пациентов с диагнозом «шизофрения» значительно повышено количество копий рибосомных генов в геноме. Это вовсе не значит, что каждый человек с большим числом рибосомных генов рано или поздно попадет к психиатрам. Однако каждый человек, у которого диагностирована шизофрения, в своих клетках имеет большое количество копий рибосомных генов. У обладателей небольшого количества копий рибосомных генов шизофрения не развивается: даже в весьма большой выборке из 170 пациентов исследователи не нашли ни одного пациента с малым количеством копий рибосомных генов. А среднее количество генов у пациентов с диагнозом превышало среднее количество в контрольной выборке здоровых людей в полтора раза! В чем причина этого, ученые пока могут только предполагать.
— Если ученые не понимают, в чем причина того или иного явления, первым делом они ищут аналогичное или хотя бы близкое, которое уже исследовано достаточно глубоко,— рассказывает Лев Пороховник.— С шизофренией можно сопоставить детский аутизм и расстройства аутистического спектра, при которых наблюдаются отчасти аналогичные симптомы, хотя это, безусловно, разные виды патологии.
Причина аутизма чаще всего остается неизвестной. Тогда говорят об идеопатическом случае. Однако встречаются и синдромальные формы, то есть когда у ребенка есть известное заболевание, синдром, и именно оно становится первопричиной развития аутизма. Синдромальные формы аутизма — это ключ к пониманию детского аутизма в целом, потому что механизм этого заболевания изучен даже на молекулярном уровне.
— Около 15 лет тому назад обнаружили поразительный факт: практически при всех случаях синдромального аутизма причиной является «отказ» механизма контроля синтеза белка, который, как известно, проходит на рибосомах. У аутистов нет механизма, который бы сдерживал белковое производство. Из-за этого у пациентов синтезируется излишнее количество некоторых специфических белков в отростках нейронов. В результате нейронных связей у детей с диагнозом «аутизм» больше, чем должно быть в норме. Аутизм — это не недостаток, а избыток серого вещества, если выражаться образно. Этим и объясняются удивительные способности некоторых пациентов: сверхпамять, мгновенное умножение шестизначных чисел в уме, математические способности и так далее.
Исследователи задались вопросом: не может ли избыток рибосомных генов воспроизводить примерно ту же ситуацию, которая возникает при синдромальном аутизме, только у взрослых пациентов? Если продолжить сравнение рибосомы с заводом или фабрикой, то при синдромальном аутизме каждое «предприятие» работает в три смены, а при шизофрении «заводов» просто становится много.
Итог один: перепроизводство белковой продукции. Конечно, повышенное количество рибосомных генов не является единственной причиной возникновения и развития шизофрении, это лишь одно из слагаемых. Должно совпасть несколько факторов, каждый из которых в отдельности не способен привести к заболеванию. Однако научные работники уже внесли немалый вклад в изучение одного из самых загадочных заболеваний, доказав, что при шизофрении существует генетическая предрасположенность к увеличению синтеза белка. В этом направлении предстоит дальнейшая работа.