Ученые, стремящиеся понять фундаментальные мозговые механизмы расстройства аутистического спектра, обнаружили, что мутация гена, которая, как известно, связана с расстройством, вызывает чрезмерную стимуляцию клеток мозга, гораздо большую, чем в нейронах без мутации.
В исследовании под руководством Рутгерса, продолжавшемся семь лет, использовались некоторые из самых передовых подходов, доступных в научном арсенале, включая выращивание клеток человеческого мозга из стволовых клеток и их трансплантацию в мозг мыши.
По словам ученых, работа иллюстрирует потенциал нового подхода к изучению заболеваний головного мозга.
Описывая исследование в журнале Molecular Psychiatry, исследователи сообщили, что мутация R451C в гене нейрологина-3, который, как известно, вызывает аутизм у людей, провоцирует более высокий уровень связи между сетью пересаженных клеток человеческого мозга в мозг мыши. . Это перевозбуждение, количественно оцененное учеными в экспериментах, проявляется в виде всплеска электрической активности , более чем в два раза превышающей уровень, наблюдаемый в клетках мозга без мутации.
«Мы были удивлены, обнаружив улучшение, а не дефицит», — сказал Жипин Панг, доцент кафедры неврологии и клеточной биологии Института детского здоровья Нью-Джерси в Медицинской школе имени Роберта Вуда Джонсона в Рутгерсе и старший автор исследования. исследование. «Это усиление функций в этих конкретных клетках, выявленное нашим исследованием, вызывает дисбаланс в нейронной сети мозга, нарушая нормальный поток информации».
По словам Панга, взаимосвязанная сеть клеток, из которых состоит человеческий мозг , содержит специализированные «возбуждающие» клетки, которые стимулируют электрическую активность, уравновешенную «тормозными» клетками мозга, ограничивающими электрические импульсы. Ученые обнаружили, что огромный всплеск электрической активности, вызванный мутацией, выбил мозг мыши из колеи.
Расстройство аутистического спектра — это нарушение развития, вызванное различиями в мозге. По оценкам Центров по контролю и профилактике заболеваний, около 1 из 44 детей страдают этим расстройством.
Исследования показывают, что аутизм может быть результатом нарушения нормального роста мозга на очень раннем этапе развития, согласно Национальному институту неврологических расстройств и инсульта Национального института здравоохранения. По данным NIH, эти нарушения могут быть результатом мутаций в генах, которые контролируют развитие мозга и регулируют взаимодействие клеток мозга друг с другом.
«Так много механизмов, лежащих в основе аутизма, неизвестны, что препятствует разработке эффективных методов лечения», — сказал Панг. «Используя человеческие нейроны, полученные из человеческих стволовых клеток, в качестве модельной системы, мы хотели понять, как и почему конкретная мутация вызывает у людей аутизм».
Исследователи использовали технологию CRISPR для изменения генетического материала стволовых клеток человека , чтобы создать линию клеток, содержащих мутацию, которую они хотели изучить, а затем получили нейронные клетки человека, несущие эту мутацию. CRISPR, аббревиатура от сгруппированных коротких палиндромных повторов с регулярными промежутками, представляет собой уникальную технологию редактирования генов.
В ходе исследования полученные нейронные клетки человека, половина с мутацией, половина без, затем были имплантированы в мозг мышей. Оттуда исследователи измерили и сравнили электрическую активность конкретных нейронов, используя электрофизиологию, раздел физиологии, изучающий электрические свойства биологических клеток. Изменения напряжения или электрического тока могут быть количественно оценены в различных масштабах, в зависимости от размеров объекта исследования.
«Наши результаты показывают, что мутация NLGN3 R451C резко влияет на синаптическую передачу возбуждения в нейронах человека, тем самым вызывая изменения в общих свойствах сети, которые могут быть связаны с психическими расстройствами», — сказал Панг. «Мы рассматриваем это как очень важную информацию для этой области».
Панг сказал, что он ожидает, что многие методы, разработанные для проведения этого эксперимента, будут использованы в будущих научных исследованиях основ других заболеваний головного мозга, таких как шизофрения.
«Это исследование подчеркивает потенциал использования человеческих нейронов в качестве модельной системы для изучения психических расстройств и разработки новых методов лечения», — сказал он.
Теги: аутизм
