A gyors döntések és a gyors alkalmazkodás képessége életet menthet, és a jelek szerint az agy ilyenkor maga is kockáztat: egy új kutatás eredményei szerint a tanulással és az emlékezettel kapcsolatos gének gyorsabb kifejezése érdekében az agyi neuronok képesek a fontos helyeken eltörni a DNS-t, és csak később egyesítik újra a töredezett genomot. A felfedezés nemcsak az agyi plaszticitással kapcsolatban világít rá újdonságokra, de azt is megmutatja, hogy a DNS törése mindennapos része lehet a sejtek normális működésének. Ez pedig egészen más megvilágításba helyezheti az öregedés és a betegség kapcsán megfigyelt töréseket is.
Kettős szálú törésekről akkor beszélünk, amikor a DNS kettős hélixének mindkét szálában megszakad a folytonosság. Ezeket a töréseket egészen a közelmúltig a különösen veszélyes genetikai károsodások közé sorolták, amely elsősorban betegségek és az öregedés során fordul elő. Az ilyen hibák kapcsán úgy tűnt, hogy ezeket nagyon nehéz javítani, hiszen nincs egy ép „minta”, templát, amely alapján összeilleszthetők és kiegészíthetők lennének a szálvégek.
Persze a szakértők azzal is tisztában vannak egy ideje, hogy azért vannak olyan folyamatok, amelyek során a DNS teljes törése konstruktív lehet. Ilyen például a rekombináció, amikor a sejtek osztódásakor a kromoszómák széttöredeznek, majd új kombinációkban állnak össze. Szintén hasznos a DNS törése az immunrendszer fejlődése során, amikor a rekombinációnek köszönhetően változatos antitestgyűjtemények jönnek létre. És arra is utaltak jelek, hogy a kettős szálú törések az idegi fejlődés során is előfordulhatnak, elősegítve egy gének aktiválódását. Mindezen jelenségeket azonban inkább a szabályt erősítő kivételekként tartották számon a szakértők, feltételezve, hogy a kettős szálú törések bizonyos fejlődési szakaszokban és bizonyos, jól meghatározott helyzetekben hasznosak lehetnek ugyan, de ezeken kívül kifejezetten károsak, és valamilyen kóros, degeneratív folyamathoz köthetők.
Ebben a szemléletmódban a fordulat 2015-ben kezdődött. Li-Huei Tsai, az MIT kutatója és kollégái egy korábbi Alzheimer-kórral kapcsolatos kutatás eredményeit próbálták elmélyíteni, amely során azt figyelték meg, hogy betegség során a kettős szálú törések felszaporodnak a neuronokban. A kutatók nagy meglepetésére a laborban tenyésztett, egészséges idegsejtek stimulálása szintén kettős szálú töréseket váltott ki, és ezek a törések egy tucat olyan gén kifejeződését segítették elő, amelyek a tanulással és az emlékezéssel kapcsolatos gyors szinaptikus tevékenységet segítik.
A szakértők azt feltételezték, hogy a törések nyomán enzimek szabadulnak fel, amelyek korábban megrekedtek a DNS mentén, és ezek segítenek aztán a közeli gének gyorsabb transzkripciójában. Az ötletet a szakma java kétkedéssel fogadta: annyira beivódott a tudományos köztudatba, hogy a kettős szálú törések alapvetően károsak, hogy elképzelni is nehéznek tűnt, hogy ezeknek fiziológiailag hasznos szerepük is lehet.
Tsai és kollégái eredményeit aztán Paul Marshall, a Queenslandi Egyetem kutatója is megerősítette 2019-ben. Az ausztrál kutatásból az is kiderült, hogy a DNS törése két hullámban fokozza a gének átíródását: először rögtön a törés után, majd pár órával később. A szakértők úgy sejtették, hogy első lépésben valóban az történik, amit Tsai csapata javasolt, vagyis a törés nyomán enzimek szabadulnak fel, és ezek segítik a transzkripciót. Ezzel egy időben a törés helye metilcsoporttal címkéződik fel. Később, amikor a DNS javítása megkezdődik, ez a címke eltávolítódik, ami újabb enzimfelszabaduláshoz vezet, beindítva az átíródás második hullámát.
Azóta több független kutatás is alátámasztotta az eredményeket, és a szakértők teóriájának helyességét. Egy tavalyi munka során azt is megmutatták a kutatók, hogy a kettős szálú törés nemcsak az emlékek formálódása, de azok felidézése során is előfordulhat. Egy most megjelent új tanulmányban pedig Tsai és kollégái azt mutatják meg, hogy a génkifejeződés ezen érdekfeszítő módja kifejezetten gyakori lehet az agyban.
Az MIT kutatói ezúttal nem tenyésztett sejteket, hanem élő egerek agyi neuronjait vizsgálták. Az állatokat enyhe áramütésekkel trenírozták környezetük megismerésére, és amikor feltérképezték a hippokampusz és a prefrontális kéreg sejtjeinek génműködését, közel száz gén közelében azonosítottak kettős szálú töréseket. Érdekes módon kisebb számban ugyan, de azon egerek agyában is találtak ilyen töréseket, amelyeket nem tettek ki áramütésnek. Vagyis úgy tűnik, hogy ezek a törések az agy működésének mindennapos részét képezik – ami talán a leginkább meglepő az egészben. Az utóbbiakat megerősíti, hogy kettő szálú töréseket a neuronokon kívül, a gliasejtekben is megfigyeltek, ami azt sugallja, hogy a DNS törése több sejttípusban is szerepet játszhat a génkifejeződés szabályozásában.
A DNS ilyen törése ugyanakkor kétségkívül kockázatos dolog, és ha gyakran ismétlődik ugyanazon a helyen, és/vagy nem megfelelő a javítás, az genetikai információvesztéshez vezethet. Illetve a törések javításának elmaradása akár teljesen meg is akadályozhatja a sejt működését. Elképzelhető tehát, hogy az olyan neurodegeneratív kórok esetén, mint az Alzheimer, nem a DNS törése a fő gond, hanem az, hogy a javító mechanizmusok kevésbé hatékonyak. És hasonló problémák léphetnek fel az öregedés során és tumorbetegségek esetén is.
