Глава 20

ПСИХОФИЗИОЛОГИЯ и молекулярная

Генетика мозга

 

Главный объект изучения в психофизиологии — это мозговые процессы, опосредующие поведение, психику и сознание. Адекватным уровнем описания подобных «высших» функций мозга являются не просто физиологические механизмы возбуждения и торможения отдельных нейронов, областей и структур мозга, а специфические системные процессы и функциональные системы, осуществляющие взаимоотношение целого организма с предметной средой в контексте структуры видового и индивидуального опыта (см. гл. 14). Естественно возникает вопрос о том, откуда берутся такие системы, как они возникают в эволюции, как они складываются в ходе развития мозга и по каким механизмам они видоизменяются под влиянием опыта и обучения? Ответ на эти вопросы выходит за пределы синтеза только психологии и физиологии и требует обращения ко многим другим дисциплинам, включая нейроанатомию, эмбриологию, эволюционную биологию и молекулярную генетику. Объяснить, почему это так, — задача настоящей главы.

У человека как минимум каждый второй ген связан с обеспечением той или иной функции нервной системы

 

20.1. Мозг – орган, экспрессирующий

Наибольшее число генов в организме

 

На молекулярном уровне специфичность каждой из клеток организма создается составом белков, из которых она построена и которые обеспечивают ее функции. Эти белки синтезируются за счет активности генов в составе ДНК, содержащейся в ядре клетки — в геноме организма. Синтез белка посредством считывания информации с гена в виде молекулы матричной РНК (мРНК) и ее трансляции в белковую молекулу называется экспрессией гена.

В каждой клетке экспрессируются далеко не все гены, а только определенная их часть, которая и определяет молекулярную специфику ее композиции и функций. Обычно для построения того или иного органа достаточно экспрессии в его клетках лишь нескольких процентов от общего числа генов в геноме.

Один из важнейших фактов, обнаруженный молекулярной генетикой мозга, состоит в том, что число генов, активных в мозге млекопитающих, значительно превосходит количество генов, экспрессирующихся во всех других органах и тканях.

Еще первые работы по оценке сложности состава мРНК в мозге мышей установили, что она огромна и приближается почти к 120 млн нуклеотидов, по сравнению, к примеру, с приблизительно 30 млн нуклеотидов в мРНК печени и почки (Hahn et al, 1982). Позлее, методами молекулярного клонирования, удалось вычислить, что из приблизительно 80-100 тыс. генов, составляющих геном крысы, около 50-60 тыс. экспрессируются в мозге, причем экспрессия более половины из них мозгоспецифична. Это в несколько раз превышало число генов, активных в печени, почках, селезенке или сердце (Milner, Sutcliffe, 1983; Sutcliffe et al., 1983).

В действительности молекулярный репертуар мозга может быть даже еще больше. Продукты многих мозгоспецифических генов подвержены альтернативному сплайсингу — экспрессия гена в разных клетках может давать различные белки за счет использования разной комбинации функциональных блоков одного и того же гена (Santama et al., 1995; Ulrich et al., 1995; Zacharias et al., 1995).

Человеческий мозг подчиняется такой же закономерности. Анализ тканеспецифичности экспрессии случайным образом выбранных 2505 генов из кДНК библиотеки мозга человека показал, что половина исследованных генов имеет мозго-специфическую экспрессию (Zhao et al., 1995). Этот расчет находит независимое подтверждение, происходящее из медицинской генетики. Приблизительно 50 % из реестра генетических заболеваний человека содержат те или иные симптомы нарушений функций нервной системы (Caviness, 1982). Таким образом, и у человека как минимум каждый второй ген связан с обеспечением той или иной функции нервной системы.

Значение этого факта состоит в том, что он заставляет серьезным образом пересмотреть представления о роли и месте нервной системы в эволюционной истории организмов.

 

Эволюция генома млекопитающих в