كيف يمكن لوظيفة الدماغ أن تغير الحمض النووي

1. التعديلات الجينية

التغيرات اللاجينية هي تغييرات في جزيئات الحمض النووي لا تغير الكود الجيني الأساسي. لكن هذه التغييرات يمكن أن تؤثر على التعبير الجيني. يمكن أن تتأثر وظيفة الدماغ بالتغيرات اللاجينية بعدة طرق ، بما في ذلك الإجهاد والعوامل البيئية والخبرة. على سبيل المثال ، أظهرت الدراسات أن الإجهاد في الحياة المبكرة يمكن أن يؤدي إلى تغييرات جينية تغير التعبير عن الجينات المرتبطة بتنظيم الإجهاد والعاطفة.

يمكن أن تؤثر وظيفة الدماغ على تغييرات الحمض النووي من خلال عمل بعض الإنزيمات المعروفة باسم DNA methyltransferases (DNMTs). تضيف هذه الإنزيمات مجموعة كيميائية تسمى مجموعة الميثيل إلى مواقع محددة على جزيء الحمض النووي ، والتي يمكن أن تؤثر على التعبير الجيني.

أظهرت الدراسات أن نشاط DNMT يمكن أن يتأثر بمجموعة متنوعة من العوامل المتعلقة بوظيفة الدماغ ، بما في ذلك الإجهاد والتعلم والذاكرة والأدوية أو المحفزات البيئية الأخرى. على سبيل المثال ، ثبت أن الإجهاد يزيد من نشاط DNMT في مناطق معينة من الدماغ ، مما يؤدي إلى تغييرات في التعبير الجيني قد يساهم في القلق أو الاكتئاب.

بالإضافة إلى DNMTs ، قد تلعب التأثيرات اللاجينية الأخرى أيضًا دورًا في تعديلات الحمض النووي عن طريق وظائف الدماغ. يتضمن ذلك تعديلات هيستون ، والتي تتضمن تغييرات في البروتينات التي تحزم الحمض النووي في الخلايا ، وجزيئات الحمض النووي الريبي غير المشفرة ، والتي يمكن أن تتفاعل مع الحمض النووي أو جزيئات الحمض النووي الريبي الأخرى لتنظيم التعبير الجيني.

2. النشاط العصبي

يمكن أن يؤثر النشاط العصبي أيضًا على الحمض النووي. على سبيل المثال ، أظهرت الدراسات أن نشاط الخلايا العصبية يمكن أن يؤدي إلى تغييرات في بنية الكروماتين ، والتي يمكن أن تؤثر على التعبير الجيني ووظيفته. بالإضافة إلى ذلك ، اقترحت الأبحاث الحديثة أن الخلايا العصبية يمكنها أيضًا نقل المواد الجينية ، مثل microRNAs ، إلى خلايا أخرى في الدماغ ، والتي يمكن أن تؤثر على التعبير الجيني ووظيفة تلك الخلايا.

أظهرت الدراسات أن نشاط الخلايا العصبية يمكن أن يحفز نشاط إنزيمات تسمى هيستون أسيتيل ترانسفيراز (HATs). يضيفون مجموعات الأسيتيل إلى بروتينات الهيستون المرتبطة بالحمض النووي. يمكن أن يؤدي هذا التعديل إلى زيادة في التعبير الجيني. في المقابل ، يمكن للأنزيمات الأخرى مثل هيستون ديستيلاسز (HDACs) إزالة مجموعات الأسيتيل من الهستونات. هذا يؤدي إلى انخفاض في التعبير الجيني. أظهرت الدراسات أن نشاط HDAC يمكن تثبيطه بواسطة الناقلات العصبية مثل الدوبامين والسيروتونين.

بالإضافة إلى تعديلات هيستون ، يمكن أن يؤثر نشاط الخلايا العصبية أيضًا على مثيلة الحمض النووي. في هذه العملية ، تضاف مجموعات الميثيل إلى الحمض النووي ، والتي يمكن أن تثبط التعبير الجيني. أظهرت الدراسات أن نشاط الخلايا العصبية يمكن أن يؤثر على نشاط ميثيل ترانسفيرازات الحمض النووي (DNMTs) ، التي تحفز مثيلة الحمض النووي.

3. اللدونة العصبية

اللدونة العصبية هي قدرة الدماغ على التغيير استجابة للتجارب والعوامل البيئية. تتضمن هذه العملية تغييرات في التعبير الجيني ووظيفته ، والتي يمكن أن تتأثر بتعديلات الحمض النووي.

أظهرت الدراسات أن نشاط الخلايا العصبية يمكن أن ينشط عامل النسخ CREB (بروتين ربط عنصر استجابة cAMP) ، والذي يمكن أن يؤدي إلى تغييرات في التعبير الجيني المهم لتكوين الذاكرة على المدى الطويل. يمكن لـ CREB الارتباط بتسلسلات معينة من الحمض النووي المعروفة باسم عناصر استجابة cAMP (CREs) وتنظيم التعبير عن الجينات المشاركة في اللدونة المتشابكة وتوحيد الذاكرة.

بالإضافة إلى CREB ، فقد ثبت أيضًا أن عوامل النسخ الأخرى مثل BDNF (عامل التغذية العصبية المشتق من الدماغ) و NF-kB (العامل النووي كابا ب) تؤثر على اللدونة العصبية ويمكن أن تحدث تغييرات في التعبير الجيني التي تؤدي إلى بنية الحمض النووي. تغير.

يمكن أيضًا أن تتأثر التعديلات اللاجينية مثل تعديلات الهيستون ومثيلة الحمض النووي باللدونة العصبية ، مما يؤدي إلى تغييرات في التعبير الجيني الذي يغير وظائف المخ وسلوكه. على سبيل المثال ، أظهرت الدراسات أن التغيرات في أستلة الهيستون والمثيلة يمكن أن تحدث استجابة لنشاط الخلايا العصبية. أنها تغير التعبير الجيني المهم لدونة التشابك وتشكيل الذاكرة.

4. الخلايا الجذعية العصبية

الخلايا الجذعية العصبية هي المسؤولة عن توليد خلايا عصبية جديدة في الدماغ ، ويمكن أن تتأثر بتعديلات الحمض النووي. على سبيل المثال ، أظهرت الدراسات أن مثيلة الحمض النووي يمكن أن تنظم تمايز الخلايا الجذعية العصبية إلى أنواع مختلفة من الخلايا العصبية. الخلايا الجذعية العصبية هي نوع من الخلايا الجذعية التي يمكن أن تتمايز إلى أنواع مختلفة من الخلايا العصبية ، بما في ذلك الخلايا العصبية والخلايا الدبقية. تمتلك هذه الخلايا القدرة على تغيير حمضها النووي من خلال عملية تسمى التنظيم اللاجيني.

المانحين الميثيل

تشارك الجهات المانحة للميثيل مثل S-adenosylmethionine (SAM) في عملية مثيلة الحمض النووي ، والتي تضيف مجموعات الميثيل إلى قواعد السيتوزين في الحمض النووي. هذا التعديل يمكن أن يغير التعبير الجيني.

الانزيمات المعدلة للهيستون

الإنزيمات التي تعدل بروتينات الهيستون ، والتي ترتبط بالحمض النووي في الخلايا ، تشارك أيضًا في تعديل الحمض النووي. على سبيل المثال ، تضيف هيستون أسيتيل ترانسفيرازز (HATs) مجموعات الأسيتيل إلى الهيستونات ، مما يؤدي إلى تغييرات في التعبير الجيني ، بينما يزيل هيستون ديستيلاسز (HDACs) مجموعات الأسيتيل ، مما يؤدي إلى تغييرات في قمع الجينات.

الحمض النووي الريبي الصغير غير المشفر

تشارك RNAs الصغيرة غير المشفرة مثل microRNAs (miRNAs) و RNAs صغيرة متداخلة (siRNAs) في تنظيم التعبير الجيني من خلال تفاعلاتها مع messenger RNA (mRNA). يمكن أن تؤدي هذه التفاعلات إلى تدهور mRNA أو تثبيط متعدية ، مما يؤدي إلى تغييرات في التعبير الجيني.

السموم البيئية

يمكن للسموم البيئية المختلفة أيضًا تعديل بنية ووظيفة الحمض النووي. على سبيل المثال ، يمكن أن يتسبب التعرض لدخان التبغ في تلف الحمض النووي الذي يمكن أن يغير التعبير الجيني ويساهم في تطور السرطان.

الأدوية اللاجينية

تم تطوير عدد من الأدوية التي تستهدف آليات الوراثة اللاجينية ويمكنها تعديل بنية ووظيفة الحمض النووي. وتشمل هذه مثبطات مثيلة الحمض النووي مثل مثبطات 5-آزاسيتيدين ومثبطات هيستون ديسيتيلاز مثل فورينوستات.