Чтение онлайн

Второй важный принцип заключается в том, что информация, которую несет ген, зависит от его молекулярной структуры. В каждом гене наследственная информация закодирована с помощью особого химического соединения, называемого дезоксирибонуклеиновой кислотой, или ДНК. Наиболее важные компоненты ДНК — это четыре основания: аденин, тимин, цитозин и гуанин. Порядок расположения этих оснований фактически определяет, каким будет действие гена в клетке, в которой оно проявится. В гене две цепи ДНК закручены в спираль одна вокруг другой и остаются в тесном контакте между собой благодаря попарному сродству оснований: гуанин обладает сродством к цитозину, а аденин — к тимину. Если бы мы могли извлечь весь генетический материал из всех хромосом, полученных от родителей в процессе оплодотворения, и разложить в один ряд, то получили бы нечто вроде очень длинного текста, написанного четырьмя буквами Г, Ц, А и Т (начальные буквы оснований), чередующимися в определенной последовательности. Некоторые из этих последовательностей могут варьировать, не оказывая влияния на закодированные ими признаки. Но именно точные последовательности оснований вашей ДНК определяют, имеется ли у вас эта форма гена или та, и обеспечивают физическую основу для генетических тестов.

Ученые, исследующие мозг, и генетики, которым удалось частично выделить ген, ответственный за болезнь Гентингтона, установили, что у всех членов семей, подверженных заболеванию, на протяжении по меньшей мере трех поколений в ДНК содержится определенная последовательность Г, Ц, Т и А. Но еще важнее то, что ни у одного человека, дожившего здоровым до 60 лет, этой особенности не выявлено. Однако этот тест еще недостаточно надежен, и пока нельзя сказать, что именно кодирует данный ген.

Кроме того, пока еще нет возможности «прочитать» всю последовательность сотен тысяч оснований в том участке цепи ДНК, который у здоровых и больных оказался различным. Это различие сейчас выявляют, сравнивая размеры фрагментов 4-й хромосомы после обработки ДНК ферментами, расщепляющими ее в соответствии с последовательностью оснований. И хотя это различие в принципе обнаружено, понадобится еще какое-то время, чтобы определить конкретную последовательность оснований, ответственную за развитие болезни. Но даже и после этого потребуется еще много работы, чтобы выяснить, каким образом аномальный доминантный ген изменяет свойства клеток. Когда тест будет полностью разработан, он не только доставит спокойствие тем, кто будет исключен из числа носителей патологического гена, но и даст возможность предотвратить дальнейшее распространение болезни.

Болезнь Альцгеймера, болезнь Гентингтона, шизофрения, маниакально-депрессивный психоз — все они имеют некоторые общие черты. Это хронические заболевания неизвестного происхождения. Если даже они не прогрессируют, то по крайней мере периодически повторяются. Большую часть их можно лечить с помощью препаратов, полезность которых была обнаружена путем проб и ошибок, а не предсказана исходя из теоретических представлений о природе болезни. Лишь много позже при изучении этих болезней были выявлены специфические молекулярные и клеточные изменения в мозгу страдавших ими людей. Ввиду особого значения, которое придают сейчас нейромедиаторам при изучении мозговых расстройств, нам нужно будет поближе познакомиться с этой областью исследований.

Представление о важной роли нейромедиаторов в патогенезе того или иного заболевания имеет по меньшей мере два преимущества. Во-первых, оно дает четкий ориентир для поисков возможной причины болезни. Это особенно ценно, если такие же изменения в медиаторных системах можно воспроизвести у животных. Например, в последние два года у взрослых, но еще молодых наркоманов, употребляющих героин, была выявлена новая форма болезни Паркинсона. Была установлена ее связь с примесью определенного вещества, применяемого при синтезе героина в подпольных лабораториях. Когда это вещество вводили обезьянам, у них обнаруживались все симптомы паркинсонизма. Полученные данные свидетельствовали о том, что болезнь Паркинсона у людей всецело обусловлена нехваткой дофамина в клетках и нервных сетях и что эта нехватка может быть результатом воздействия определенного токсичного вещества, которое используется также и в промышленности. Воспроизведение тех же результатов у животных позволяет объяснить, почему частота болезни Паркинсона растет параллельно с индустриализацией.

Во-вторых, сосредоточив свое внимание на связях между нейромедиаторами и болезнями центральной нервной системы, ученые смогут также искать новые способы лечения, которые отличались бы большой эффективностью и избирательностью действия. Появление препарата L-ДОФА ознаменовало возможность прямой атаки на клеточные дефекты, связанные с функцией дофамина. Распространенные ранее методы были направлены на устранение симптомов (например, мышечной скованности и ригидности) в результате эмпирического выявления побочных эффектов лекарств, назначавшихся по совершенно иному поводу. В не до конца понятой нервной системе человека любой симптом может быть следствием нескольких причин. Знание специфических клеточных аномалий сужает диапазон возможностей при выборе способов лечения и уменьшает вероятность ошибок.

Таким образом, изменения медиаторов позволяют дать болезни единое объяснение, а также могут служить основой для поисков специфических методов лечения. Разумеется, доказательство того факта, что определенное изменение в медиаторах однозначно связано с определенной болезнью, не обязательно должно вести к выводу, что это изменение и есть «причина» болезни. Оно может быть надежным диагностическим признаком. Может даже оказаться, что некоторые болезни мозга с еще неясной этиологией вообще никак не связаны с известными медиаторами, а возникают вследствие патологических изменений еще не открытых механизмов. Можно было бы предположить, что симптомы таких болезней не имеют реальной органической основы и что улучшение, вызываемое лекарственными препаратами, в таких случаях бывает неспецифическим; такие препараты могут даже быть вредными. Однако не исключено и то, что ответственный за какое-то заболевание медиатор просто еще не открыт — ведь неизвестных медиаторов, вероятно, еще много. Обратимся к рассмотрению этой возможности.

Новый мир нейромедиаторов

Сейчас уже должно быть ясно, что «ассортимент» специфических нейромедиаторов достаточно разнообразен. Он продолжает увеличиваться, и каждый раз, когда ученым удается обнаружить в мозгу новый медиатор, это открытие помогает прояснить те механизмы, с помощью которых один нейрон регулирует активность других соединенных с ним нейронов. Если вы помните, в главе 2 мы разделили медиаторы по их действию на две основные категории и назвали их безусловными и условными медиаторами. Возбуждающее или тормозное действие безусловного медиатора не зависит от ситуации, в которой осуществляется передача сигнала, тогда как действие условных медиаторов зависит от других сигналов, которые одновременно приходят к постсинаптической клетке.

До сих пор мы почти не касались химизма нейромедиаторов, да и сейчас не собираемся особенно углубляться в этот вопрос. Однако для оценки перспектив дальнейших исследований нам все же полезен будет ряд самых общих сведений.

Как происходит открытие новых медиаторов? В центральной нервной системе в наибольших количествах содержатся медиаторы с самой простой химической структурой — аминокислоты. Преобладают здесь медиаторы, используемые «безусловными» возбуждающими нейронами в иерархических сетях, такие как глутаминовая и аспарагиновая кислоты. Безусловные тормозные воздействия нейронов в локальных сетях тоже могут осуществляться с помощью простых аминокислот, но с несколько иной химической структурой, какова, например, гамма-аминомасляная кислота (ГАМК).

Такого рода простые аминокислоты либо поступают в организм с пищей, либо очень быстро синтезируются в специфических нейронах. Другие медиаторы образуются путем более глубоких химических перестроек пищевых аминокислот. Именно так получаются ацетилхолин и моноамины — в результате одноступенчатых или двухступенчатых ферментативных процессов в соответствующих нейронах. Вы уже встречались с моноаминами — группой химически сходных медиаторов — и знаете их под их индивидуальными названиями: это дофамин, норадреналин и серотонин. Почти все нейроны, выделяющие моноамины, образуют дивергентные сети с одним входом. Концентрация медиаторов-моноаминов в мозгу приблизительно в тысячу раз ниже, чем аминокислотных медиаторов. Если все синаптические окончания содержат примерно одинаковое количество медиатора, то относительная концентрация медиаторов во всем мозгу или в каком-либо его участке может служить приближенным показателем общего числа имеющихся в нем синапсов с тем или иным медиатором. В соответствии с этой грубой оценкой можно полагать, что на каждую тысячу аминокислотных синапсов приходится только один моноаминовый.

Почти все аминокислоты, ацетилхолин и моноамины, которым приписывают сегодня вероятную роль центральных медиаторов, были впервые обнаружены по их действию вне мозга — в вегетативной нервной системе или ганглиях некоторых беспозвоночных, например. За последнее десятилетие новых аминокислотных или моноаминовых медиаторов по существу не было найдено. Это может означать, что нам уже известны все существующие медиаторы этих двух типов.

Нейромедиаторы третьего типа — пептиды — тоже синтезируются из аминокислот, но более сложным путем. Для образования пептида несколько различных аминокислот должны соединиться в строго определенной последовательности. Построение таких химических цепей происходит в цитоплазме клеток, в так называемом шероховатом эндоплазматическом ретикулуме. В ядре нейрона на его ДНК для каждого необходимого пептида синтезируется специальная химическая матрица, называемая информационной, или матричной, РНК (мРНК). Она как бы копирует последовательность оснований ДНК. В эндоплазматическом ретикулуме по «инструкциям» мРНК синтезируются пептиды. Во всех известных случаях первоначальная пептидная цепь намного длиннее, чем это необходимо; соответствующие ферменты нейрона сокращают ее до нужной длины, подготавливая для секреции в синапсах. Различных пептидных медиаторов существует намного больше, чем аминокислотных или моноаминовых, и доля отдельного пептида во всей массе таких пептидов лишь приближается к 1%.

Перспективные направления современных исследований. Первыми из нейропептидов были открыты вазопрессин и окситоцин. Вначале они были описаны как гормоны, выделяемые задней долей гипофиза; лишь много позднее выяснилось, что эти же самые вещества играют роль медиаторов и внутри мозга.

Многие известные сегодня нейропептидные медиаторы стали вызывать особый интерес из-за своих очень низких концентраций и исключительно мощного действия. Большинство их было открыто в результате исследований двоякого рода: при поисках гипофизотропных гормонов гипоталамуса (либеринов, см. гл. 4) и при изучении недавно обнаруженных гормонов, воздействующих на нейроны диффузной нервной системы кишечника. Каждое из этих направлений привело к открытию нескольких пептидов центральной нервной системы.