Ген CLOCK, дирижер наших внутренних часов, может быть одной из главных причин, почему люди так умны, и одновременно — ключом к пониманию тяжелых психических расстройств. К такому выводу пришли ученые из Юго-западного медицинского центра Техасского университета.

Их работа, опубликованная в журнале Nature Neuroscience, не только проливает свет на эволюцию человека, но и открывает новые пути для терапии депрессии, шизофрении и сезонного аффективного расстройства.

Наше исследование показывает, что у человека ген CLOCK, главный регулятор суточных ритмов, приобрел новые особенности. Он стал работать в мозге по особой схеме, что, вероятно, способствовало развитию сложной структуры коры и нашего продвинутого мышления, — говорит Джозеф Такахаси, профессор нейронауки, который руководил исследованием вместе с Женевьевой Конопкой и первым автором работы Юйсяном Лю.

Такахаси открыл мышиную версию гена Clock в 1997-м, а человеческую — в 1999-м. Этот ген производит белок-регулятор, который включает или выключает сотни других генов. Часть из них действительно управляет 24-часовым циклом сна и бодрствования, но у многих, как выяснилось, нет никакого отношения к биологическим часам.

В 2012 году Конопка обнаружила нечто важное: в человеческом мозге ген CLOCK особенно активен в коре больших полушарий — области, ответственной за высшее мышление и связанной с множеством психических заболеваний. Это намекало на то, что у людей CLOCK обзавелся новыми, «внечасовыми» функциями. Но в чем они заключались, было непонятно.

Проблема в том, что изучать такие вещи в пробирке или на мышах бессмысленно: мозг — слишком сложная система. Поэтому ученые пошли другим путем. Они создали уникальных «очеловеченных» мышей, заменив у эмбрионов их родной ген Clock на человеческий CLOCK. Повзрослев, эти мыши прошли сравнение с двумя другими группами: обычными особями и теми, у кого было несколько лишних копий мышиного Clock.

Вот что выяснилось:

• Мозг «очеловеченных» мышей производил белок CLOCK точно так же, как у людей: больше всего — в коре, меньше — в других отделах.
• Кора их мозга стала плотнее, в ней оказалось больше нервных клеток.
• Эти клетки, возбуждающие нейроны, обзавелись более разветвленной сетью дендритов и шипиков — специальных выростов, которые нужны для контактов с другими нейронами. Фактически, их мозг стал лучше «проводкой».

Для проверки ученые дали всем мышам сложную задачу: найти связь между разными сигналами, чтобы получить награду. Мыши с человеческим геном CLOCK справились значительно лучше остальных, показав более высокие когнитивные способности.

Анализ генной активности раскрыл причину: человеческий CLOCK включал гены, которые отвечают за образование связей между нейронами. Именно это, по словам Конопки, и объясняет поведенческие различия: больше связей — выше мыслительный потенциал. Кстати, многие из этих генов уже известны науке как связанные с психическими и неврологическими расстройствами. Теперь, возможно, мы нашли один из главных «переключателей», который ими управляет.

Ученые намерены продолжить работу и выяснить, какую роль CLOCK играет в развитии мозга на самых ранних этапах.

Реальная польза этого исследования лежит в двух плоскостях.

• Во-первых, фундаментальной: мы получаем уникальную эволюционную «причинно-следственную» связь. Раньше мы могли только наблюдать корреляцию — „у людей активность CLOCK в коре выше“. Теперь есть модель, которая показывает, что именно эта человеческая особенность гена ведет к структурным изменениям мозга и улучшению когнитивных функций. Это мощный прорыв в понимании того, как мы стали людьми в биологическом смысле.
• Во-вторых, открывается новый терапевтический ландшафт для психиатрии. Если CLOCK — это верхнеуровневый регулятор целой сети генов, связанных с психическими расстройствами (депрессия, шизофрения), то, воздействуя на него или его «цели», мы получаем потенциально новый класс мишеней для лекарств. Вместо того чтобы „точечно“ влиять на один нейромедиатор, можно попытаться мягко перенастроить целую генетическую программу, отвечающую за синаптическую пластичность и устойчивость нейронных сетей. Это путь к более эффективным и, возможно, персонализированным методам лечения.

Основное методологическое ограничение, которое стоит учитывать, — это неизбежный компромисс при использовании «очеловеченной» мышиной модели. Хотя ген заменен на человеческий, он функционирует в контексте целого организма мыши, со всеми ее особенностями развития мозга, гормонального фона и нейронных сетей. Мозг мыши — не мини-копия человеческого. Поэтому, хотя наблюдаемые эффекты (усиление связей, улучшение обучения) впечатляют, прямо экстраполировать их на сложность человеческого сознания или тонкие механизмы психических заболеваний было бы преждевременно.

Исследование блестяще показывает возможный механизм, но для подтверждения его работы у людей потребуются дополнительные, косвенные исследования, например, на органоидах мозга или с помощью сложного генетического анализа.

Ранее ученые назвали основное отличие мозга от ИИ.