Серотонин управляет генами

Знаменитый нейромедиатор лично регулирует упаковку ДНК и активность генов в ней.

Серотонин – один из многих медиаторов, используемых нервными клетками, чтобы передавать друг другу электрический импульс. Когда импульс подходит к межнейронному соединению – синапсу – то передающий нейрон высвобождает порцию нейромедиатора, а принимающий ловит молекулы нейромедиатора своими рецепторами. Взаимодействие нейромедиатора с рецепторами открывает ионные каналы в мембране принимающего нейрона, ионы перегруппировываются по обе стороны мембраны и возникает импульс, который бежит по клетке дальше, к следующему синапсу.

Но на самом деле серотонин может влиять на нейрон намного глубже, нежели просто понуждать к передаче импульса. Известно, что серотониновые рецепторы связаны с изменениями в упаковке ДНК. Мы знаем, что ДНК в клеточном ядре всё время сопровождают белки-гистоны, которые её либо держат в плотно упакованном виде, либо, наоборот, в открытом распакованном. Плотно упакованная ДНК недоступна для других белков, которые работают с генетической информацией, напротив, из распакованной ДНК информация активно считывается.

Упаковка и распаковка ДНК зависит от химических меток на гистонах: специальные ферменты вешают на гистоны те или иные химические группы, и в результате меняется активность генов. Например, один ген находится в участке ДНК, который гистоны из-за своих меток плотно упаковали, и потому такой ген неактивен; другой ген может сидеть в участке ДНК, который гистоны распаковали, предварительно получив на себя другие метки – и такой ген будет активен. (Модификации гистонов – один из способов эпигенетической регуляции активности генов, которая происходит не на уровне генетического «текста», а поверх него.)

Серотонин, как было сказано, может через свои рецепторы управлять метками на упаковочных белках гистонах – рецептор, связав серотонин, модифицирует какой-то внутренний белок в цитоплазме клетки, тот модифицирует ещё кого-то, и так сигнал идёт по цепочке в ядро, к ферменту, который работает с гистонами.

Однако, как говорится в свежей статье в Nature, серотонин и сам по себе может менять упаковку ДНК. У клеток есть ферменты трансглутаминазы, которые прикрепляют серотонин к остаткам глутаминовой кислоты в белковой молекуле. Такая модификация называется серотонилирование, и её до сих пор видели у некоторых цитоплазматических белков, которые играют роль в делении клеток гладкой мускулатуры, выделении инсулина клетками поджелудочной железы и других важных процессах.

С другой стороны, один из таких ферментов, трансглутаминазу 2, находили в ядре, и в ядре же находили серотонин. И вот исследователи из медицинского центра Маунт Синай, Института Солка и других научных центров США, Германии и Китая обнаружили, что один из упаковочных гистонов действительно получает на себя серотониновую метку, причём получает он её только в том случае, если тот район молекулы уже помечен тремя метильными группами. Три метильные группы помогают разупаковать ДНК, и то же самое делает серотонин – эксперименты с нейронами мышей и человека показали, что те гены, которые находятся рядом с серотонилированным гистоном, активны в большей степени, чем без серотониновой метки. То есть серотониновая метка и триметильная метка взаимосвязаны и работают на активацию генов.

Здесь сразу же возникают вопросы, как взаимодействует серотонин с другими метками на гистонах, и как пополняются запасы ядерного серотонина (какую роль тут играет тот серотонин, который плавает снаружи нейрона), и что можно сказать насчёт других нейромедиаторов – могут ли они тоже выступать непосредственными регуляторами генетической активности.

Но самые интригующие вопросы связаны, разумеется, с возможными психоневрологическими эффектами. Обычно серотонин вспоминают в связи с депрессией, хотя действовать на поведение он может очень по-разному (мы как-то писали о том, что всё зависит от того, на какие нейроны он подействовал). Может ли быть так, что эффекты серотонина как нейромедиатора подкрепляются ещё и на уровне генов? Может ли быть так, что серотонин делает нейронные цепи на долгий срок более (или менее) чувствительными к каким-то сигналам – благодаря своей работе с гистонами? Впрочем, сколько бы гипотез мы тут ни напридумывали, они всё равно потребуют экспериментальной проверки.

По материалам Nature.