ИСТИНА

Ретротранспозоны - элементы ДНК, размножающиеся путем обратной транскрипции собственных молекул РНК, образуют значительную часть генома млекопитающих. Один наиболее распространенных ретротранспозонов - long interspersed nuclear element-1 (LINE-1 or L1) представлен в геноме человека 5x105 копиями, 80-100 из которых активны и способны к ретротранспозициям. Исследования последних лет показывают, что LINE-1 активны во время процессов дифференцировки в нейрональных предшественниках. Включаясь в ДНК, они могут менять экспрессию нейроспецифических генов и вызывать соматический мозаицизм мозга. В клинических исследования была обнаружена увеличенная экспрессия и количество копий LINE-1 в мозге пациентов с рядом психиатрических расстройств. Однако не существует удовлетворительного понимания вопроса наблюдаются ли такие ретротранспозиции во взрослом мозге, когда и как они происходят, и каково их функциональное значение в ЦНС. Наши предыдущие исследования проливают возможный свет на этот вопрос, показывая, что нуклеозидные ингибиторы вирусной обратной транскрипции, известные также своей способностью подавлять ретротранспозицию LINE-1, нарушают формирование долговременной памяти у животных. Основываясь на этих данных, мы выдвинули новую гипотезу о молекулярном механизме консолидации долговременной памяти – что LINE-1 или другие активные ретротранспозоны могут составлять звено адаптивного клеточного механизма, который опосредует геномную стабилизацию длительно сохраняемой памяти за счет процессов обратной транскрипции. В настоящем проекте мы планируем осуществить проверку прямого предсказания, вытекающего из этой гипотезы – существования «всплесков ретротранспозиций» в мозг взрослых животных в ответ на поведенческие нагрузки. Мы проверим это предсказание путем исследования уровней мРНК и числа копий двух наиболее молодых и транскрипционно активных ретроэлементов в геноме мыши - LINE-1 и IAP (intracisternal A particle). В качестве поведенческой и когнитивной стимуляции мы используем экспериментальные модели исследования мышами новой среды, однократного обучения условному рефлексу замирания, обучения моторной координации балансирования на вращающемся барабане и иммобилизационного стресса. Уровень стрессорности этих нагрузок будет контролироваться путем измерения кортикостерона в плазме крови животных. Экспрессия мРНК LINE-1 и IAP, а также измерение количества их копий в различных структурах мозга и периферических органах животных будет измеряться с помощь количественной ПЦР на разных временных интервалах– от 30 мин до 3 суток после воздействия. Результаты проведенных экспериментов впервые ответят на вопрос о возможном физиологическом значении ретротранспозиций во взрослом головном мозге и откроют новые перспективы понимания пластичности генома нервных клеток в нормальных и патологических процессах. 1.8.

Retrotransposons, the DNA elements which proliferate by reverse transcription of their RNA intermediates, comprise a major fraction of mammalian genomes. In the human genome a particularly abundant retrotransposon - long interspersed nuclear element-1 (LINE-1 or L1) has 5x105 copies 80–100 of which are active and competent for retrotransposition. Recent findings indicate that LINE-1 is active in neuronal precursor cells during differentiation, and its de novo insertions can change expression of neuron-specific genes and cause somatic mosaicism in the adult brain. Furthermore, clinical studies have identified increased LINE-1 expression and copy numbers in the brains of patients with psychiatric disorders. However, there has been limited understanding whether such retrotranspositions happen in the adult brain, when and how they occur, and what is their importance for the CNS function. Our studies shed a light on this issue by showing that consolidation of long-term memory in animals is impaired by specific inhibitors of reverse transcription known to suppress LINE-1 retrotransposition. Based on this data we proposed a new hypothesis about the molecular mechanism of long-term memory consolidation - that LINE-1 or other active retrotransposons can be a part of adaptive cellular mechanism that mediates genomic stabilization of long-lasting memories through the process of reverse transcription. In the present project we plan to test the direct prediction from this hypothesis – existence of “retrotransposition bursts” in the adult animal brain in response to behavioral challenges. We will examine this prediction by studying in the brain of mice the mRNA levels and the number of copies of two of the most transpositionally active retroelements in the mouse genome – LINE-1 and intracisternal A particle (IAP). As behavioral and cognitive challenges we will use experimental models of exploration of novel environment, one-trial fear conditioning, motor coordination learning and immobilization stress that will vary in the degree of stress monitored by the level of plasma corticosterone level. Expression of LINE-1 and IAP mRNA as well as the number of their copies will be measured by RT PCR in various brain structures and in peripheral organs of mice at various time points - from 30 min to 3 days after the stimulation. These results of these experiments will provide the evidence for the physiological significance of retrotranspositions in the adult brain and will give novel insights into plasticity of genome of nerve cells under physiological and pathological conditions.