Aju on inimese kõige keerulisem organ. Erinevad aju osad täidavad mitmesuguseid ülesandeid, mis on kõik funktsioneerimiseks ühel või teisel moel vajalikud. Neid ülesandeid täidavad närvirakud, mis üksteisega tihedalt suhtlevad. Närvirakke on väga palju erinevaid alamtüüpe, mis erinevad üksteisest geenide avaldumise, raku ehituse ja funktsioonide poolest.

Selleks, et aju suudaks kõiki oma funktsioone täita, peab arengu jooksul tekkima õige arv õiget tüüpi närvirakke. Vastsündinud närvirakud peavad liikuma oma sünnikohast õigesse asukohta ja looma ühendusi ehk sünapseid just õigete sihtmärkrakkudega.

Närvirakkude areng toimub mitmes etapis. Alguses paljunevad närvirakkude eellasrakud. Seejärel hakkavad nad diferentseeruma ehk muutuma konkreetset tüüpi närvirakkudeks ja liikuma õigesse kohta ajus. Lõpuks rakud küpsevad ja loovad ühendusi teiste rakkudega. Kõik need etapid peavad toimuma täpselt õigel ajal ja õiges järjekorras. Kui küpsemine toimub liiga vara või liiga hilja, ei saa närvirakk luua õigeid ühendusi, mistõttu aju ei hakka korralikult toimima.

Närvirakkude arengut ühest staadiumist teise kontrollivad epigeneetilised märgised. Need on molekulaarsed signaalid, mis lülitavad geenide avaldumise sisse ja välja. Tallinna Tehnikaülikooli neuroepigeneetika uurimisgrupi juht ja uuringu juhtautor Kärt Mätlik võrdleb neid märgiseid valgusfoori tuledega DNA-l.

"Mõned märgised annavad rohelist tuld ("tooda seda geeniprodukti") ja teised punast tuld ("seda geeni pole praegu vaja toota"). Näiteks on närviraku eellasrakus geenid, mis on vajalikud rakkude paljunemiseks jagunemise staadiumis ning selles staadiumis on geenidel nö roheline tuli. Küpses närvirakus tuleb aga jagunemisega seotud geenidele näidata punast tuld, sest seal võib see viia rakkude kontrollimatu paljunemise ehk vähini või hoopis rakusurmani," selgitas ta.

Osadele geenidele on aga omane, et nende juures põleb nii punane kui ka roheline tuli korraga. Sellist epigeneetiliste märgiste kombinatsiooni nimetatakse bivalentsuseks. Bivalentsete märgistega geenid sarnanevad jooksjatega stardijoonel: nad on valmis liikuma, kuid ootavad õiget hetke.

Hiljuti avaldatud uuringud on näidanud, et see mehhanism hoiab närviraku küpsemisega seotud geenide avaldumist tagasi, kuni selleks on õige aeg. Kui närviraku eellasrakus bivalentsetelt geenidelt punase tule signaal kunstlikult eemaldada, avalduvad küpsemisega seotud geenid liiga varakult, rakk küpseb enneaegselt ja jätab vahele teised olulised arenguetapid. Nende tulemuste põhjal on järeldatud, et kahe signaali tasakaal toimib sisseehitatud kellana, mis tagab närvirakkude küpsemise alles siis, kui eelnevad arenguetapid on lõpetatud.

Peale selle on mõnevõrra ootamatult selgunud, et sajad geenid jäävad bivalentseks ka täiskasvanud ajurakkudes, kus arenguprotsessid on lõppenud. "Bivalentsust on varasemalt seostatud eelkõige väga varajase arenguga. Üllatuslikult on aga viimaste aastate uuringud, sealhulgas ka meie varasem uurimistöö, näidanud, et osa geene püsivad bivalentsed ka küpsetes närvirakkudes", rääkis Mätlik.

Ühe osana hiljutisest ülevaateartiklist analüüsivadki teadlased seda, mis tüüpi geenid täiskasvanud ajus bivalentsetena hoitakse. "Leidsime, et geenid, mis on bivalentsed mitmetes eri närvirakkude populatsioonides, on seotud stressivastuse ja rakusurmaga. Seega võib oletada, et bivalentsus võiks võimaldada küpsetel närvirakkudel kiiresti reageerida näiteks stressile või vigastusele. Teisalt on küpsetes närvirakkudes bivalentsed geenid, mida on vaja olnud nende samade rakkude varasemas arengus. Seega võiks bivalentsus toimida omamoodi mäluna raku varasema arengutee ja valikute kohta," märkis ta.

Kuidas bivalentsete märkide asukohta reguleeritakse ja millised ikkagi on bivalentsuse ülesanded täiskasvanud ajus, peavad välja selgitama edasised uuringud. Kärt Mätlik jätkab oma neuroepigeneetika uurimisrühmaga nende küsimuste uurimist, kasutades meetodeid, mis võimaldavad jälgida ja modifitseerida bivalentsuse muutusi närvirakkude arengu eri etappides, sealhulgas inimese närvirakkudes.

Tallinna Tehnikaülikooli ja Rockefelleri Ülikooli teadlaste ülevaateartikkel ilmus ajakirjas Genes & Development ja seal on kokku võetud praegused teadmised histooni bivalentsusest närvirakkude arengus.

Neuroepigeneetika uurimisgrupp kuulub TalTechi tervise- ja toidutehnoloogiate fookustippkeskuse koosseisu.