Что представляет из себя мысль в головном мозге. Нейрогенетика мысли. Часть 2.

Мысль начинается в ядрах нейронов.

В ответ на ментальное событие нейрон производит новые вещества практически постоянно.  Все инициированные фактом мысли биохимические реакции, воспроизводящие транспортные белки, микротрубочки, каркас цитоскелета зависят от целого ряда протеинов весьма специфической формы. Путем пока не известного ученым механизма, генетические процессы воспроизводящие эти белки в клетках точно понимают какой именно формы должен быть белок в том или ином случае и где он закодирован в ДНК. Как же это может происходить?

Белки синтезируются сначала путем переноса кода молекулы ДНК на РНК. Затем этот код молекулы РНК доставляют в особые сложные белковые органоиды — рибосомы, — где уже и происходит сопоставление и синтез из последовательности аминокислот растущей молекулы белка. В реальности этот процесс чрезвычайно сложный.

В начале компактно уложенная и скрученная в виде хроматина сама молекула ДНК должна подвергнуться раскручиванию и освобождению отдельных участков для доступного считывания с них кода. Этому мешают крупные белки гистоны в виде катушек, на которые накручена сама нить хроматина — ДНК. Регулирование доступа к отдельным участкам кода ДНК, освобождению одних и блокированию других посредством уплотнения накрученных нитей хроматина на гистоны относится к одному из эпигенетических механизмов регуляции синтеза белка. Как только катушка гистонов освобождает участок нити ДНК специальные ферменты скользят вдоль него, разделяют двойную спираль и переносят код с нее на одну спираль молекулы т.н. информационной РНК. Если только еще эта последовательность кода самой молекулы ДНК не заблокирована другими эпигенетическими маркерами и не выключена из потенциального процесса синтеза. Еще множество других факторов, белков, ферментов-катализаторов и ингибиторов активируют, подавляют и регулируют этот процесс (чтоб иметь приблизительное представление об их числе этих факторов никак не меньше миллиона).

Откуда РНК знает как саму себя сократить и отредактировать.

Последние исследования утверждают: только 1,5% человеческой ДНК в какой-либо клетке вовлечены в кодирование всех необходимых белков. В этих 1,5% содержаться примерно около 20.000 «генов». Но фактически, намного большее число белков производится из этого кода. Все другие белки получаются благодаря тому, что после того как код двойной нити ДНК переносится на одну нить РНК, последняя начинает «редактировать» его целым рядом различных способов. Сама молекула РНК выбирает из последовательности своего кода отдельные участки, реорганизует их, вырезает, затем склеивает остатки. Процесс вырезания, вставки и склеивания отдельных участков молекулы информационной РНК постоянно повторяется. Недавно было открыто, что за один раз для синтеза определенного белка молекула РНК берет секции кода ДНК из различных участков — т.н. «ген». Т.е. закодированная информация об одном белке расположена в разных местах. Поэтому слово «ген» используется здесь в кавычках, чтобы обозначить отдельные участки последовательности кода для одного белка. Код для какого-нибудь специфического белка не берется из какого-то одного точно обозначенного для него места — «гена» — одного локального участка ДНК, он собирается из разных, разбросанных по ДНК, мест.

Сплайсинг РНК

Саморедактирование последовательности информационного кода молекулой РНК перед синтезом белков

Сегодня доподлинно неизвестно каким образом РНК точно знает как редактировать информацию внутри самой себя. Известен лишь биохимический механизм как это происходит в клетке, получивший название — альтернативный РНК сплайсинг (по сути самосокращение путем исключения из себя лишних участков). Каждый аспект этого процесса, — разматывание сегмента двойной спирали ДНК, обнаружение специфического участка, саморедактирование РНК (разрезание, стыковка, склейка), — все они нуждаются в управлении. Имеются данные, что часть этого управления осуществляется белками, которые делают доступной или блокируют саму ДНК (необходимые в ней сегменты — гены). Но на порядок большее управление осуществляется за счет многочисленных коротких или длинных молекул РНК, которые возникли из кода тех самых 98% ДНК, якобы не содержащей полезной информации (еще ее называют «мусорная ДНК»), в ней нет т.н. «генов».

Сегодня ведется много дискуссий об этих 98% ДНК, которые не содержат генов. Те, кто уверены, что этот чрезвычайно сложный, почти «разумный» процесс редактирования последовательности кода полностью случаен, рассматривают эти 98% как «мусор». «Мусорную ДНК» определяют как случайную последовательность сегментов ДНК собранную хаотично. Она совершенно не предназначена для синтеза матричной РНК, или если все таки РНК синтезируется на основе ее кода, то такая РНК считают бесполезной (из нее не синтезируется белок).

Однако последние исследования в рамках «ENCODE» (совместная работа консорциума около 160 научно-исследовательских центров на протяжении более 10 лет) обнаружили, что как минимум 20% всего кода ДНК кодирует малые и большие цепочки РНК, которые необходимы для управления значительной частью процесса синтеза белков. Также стало известно, что 50% ДНК содержит вирусоподобные участки называемые «скачущие гены» (т.н. транспозоны, «jumping gene», B.McClintock получила Нобелевскую премию лишь спустя 30 лет после их открытия. Среди этих транспозон — участков собственной ДНК организма — могут оказаться чужеродные участки, внедренные в геном вирусами). Эти «скачущие гены» (не путать со скачущими в известных местах лицами) также могут вносить свое влияние в управление фундаментальным процессом синтеза нужных белков в нейроне для формирования подсетей и связей.

Согласно «ENCODE» обнаружено:

  • 4 миллиона различных переключателей, которые включаются и часто действуют в множестве мест одновременно;
  • 18.000 мест, где возникает активные молекулы РНК;
  • 8 миллионов различных молекул, которые взаимодействуют и регулируют эти РНК.

По существу, «ENCODE» выявило, что как минимум 20% ДНК отнюдь не является мусором, но кодирует большие и малые молекулы РНК, которые активно участвуют в процессе жизнедеятельности клеток (нейронов в особенности, для формирования мысли, памяти, переживания субъективного опыта). Эти полезные 20% ДНК в 20 раз больше того маленького участка, содержащего непосредственно «гены».

Критически важная форма белков определяется отредактированной РНК.

После редактирования РНК, посредством которой может синтезироваться около 500 различных протеинов из одного предполагаемого «гена», белок строится на основе комбинации аминокислот путем присоединения их стык в стык. Каким-то образом определяя отредактированный код заранее, процессу известен замысел точной конечной формы (конформации) будущего белка, необходимого для «задуманной» нейропластичной перестройки нейронов (реорганизации связей между ними путем разрыва одних и формирования других). И именно конечная форма белка является критически важным фактором в этом сценарии. Постольку поскольку белок функционирует подобно точному механизму, взаимодействуя с другими молекулами. (Недавно были обнаружены отдельные белки, имеющие много различных форм для выполнения разных функций.)

Молекула белка

Пример сложной молекулярной модели белка рибосомы.

В высшей степени удивительно, но нервная клетка точно «знает» какая форма необходима для незамедлительного синтеза нового белка, чтобы отреагировать на изменения возникающие с ходом мысли в перестраиваемых нейронных схемах. Однако, для сегодняшней науки, исходя из кода, невозможно предсказать какая форма будет даже у средних размеров белка. Фактически, даже если объединить все сверхмощные компьютеры на Земле для вычисления с целью предсказания трехмерной конформации белка средних размеров (последовательностью всего около 400 аминокислот) такое одно вычисление займет тысячи лет. Последовательность из 400 аминокислот характерна для простых белков средних размеров, многие гораздо больших размеров.

Структура белка

4-х мерная модель белка сложной конформации

Однако, каким-то непостижимым пока для науки образом, клетке точно известно, какая у белка будет форма и с помощью специальных белков, сопровождающих этот процесс т.н. многомерной конформации, будущая макромолекула складывается в первичную, затем вторичную, третичную и даже четверичную структуру в какие-то миллисекунды. И сразу после этого белок готов исполнить свою роль в очередном нейропластичном событии по реорганизации нейронных связей, которые вызвала возникшая в голове мысль.

Источник

PS. Если дочитали до конца и еще не устали.

Высказывается гипотеза, что форма белка, определяемая редактированием РНК согласуется с поступающей извне какой-либо семантической информационной моделью (проще говоря наверно получаемой смысловой моделью событий, фактов, явлений) и используется для долгосрочной консолидации памяти. Согласно этой гипотезе, существующая на данный момент в сознании модель, ищет точного согласования с поступающей извне информацией, воспринимаемой и синхронизируемой нашими органами чувств.

Мысль — пожалуй главная функция сознания. Возникшая мысль может откладываться в памяти, но может и безвозвратно пропадать (поэтому некоторые спешат записать в блокнот, а вдруг потом окажется, что она была гениальной?). Память — также одна из важнейших функций сознания, после консолидации позволяющая накапливать и передавать опыт. В случае если в момент или сразу после какого-либо события заблокировать синтез белков, память о нем стирается из сознания. Т.е. синтез белков в нейронах — фундаментальный процесс деятельности сознания, поэтому сегодня так много внимания в нейронауке отводится нейрогенетике.