Кора головного мозга мыши (синий цвет) с трансплантированными человеческими нейронами (зеленый цвет). Кредит: VIB
Механизмы, лежащие в основе умственных расстройств или аутизма, остаются в значительной степени неизвестными. Исследователи в лабораториях профессора Пьера Вандерхагена и профессора Винсента Бонина в Центре исследований мозга и заболеваний VIB-KU Leuven и NERF обнаружили, что мутации в гене SYNGAP1 нарушают длительное развитие человеческих нейронов, которое, как считается, необходимо для нормальной когнитивной функции.
Их работа имеет интересные последствия для нашего понимания и разработки лечения умственных расстройств или аутизма и представлена в Neuron.
Человеческий мозг выделяется среди млекопитающих своим необычайно длительным развитием. В отличие от других животных, нейронам в нашем мозге, особенно в коре головного мозга — основном месте когнитивных функций — требуются годы, чтобы полностью созреть.
Этот процесс, известный как неотения, считается критически важным для развития некоторых продвинутых когнитивных функций, характерных для нашего вида. Нарушения в этом длительном развитии могут лежать в основе некоторых форм умственной отсталости и аутизма. До сих пор эта гипотеза никогда не проверялась на человеческих нейронах.
Окно в созревающий мозг
Предыдущие исследования показали, что мутации в гене SYNGAP1 являются основной причиной этих состояний. Однако конкретные эффекты его разрушения на кортикальные нейроны человека оставались в значительной степени неизвестными. До недавнего времени основным препятствием в изучении заболеваний, связанных с развитием головного мозга человека, было отсутствие надежных экспериментальных методов наблюдения за развитием кортикальных нейронов человека в живом мозге.
Теперь ученые из Центра исследований мозга и заболеваний VIB-KU Leuven и NERF (Исследования нейроэлектроники Фландрии, при поддержке imec, KU Leuven и VIB) обнаружили, что SYNGAP1 имеет решающее значение для продления сроков развития нейронов коры головного мозга человека. Это устанавливает связь между ускорением развития нейронов и умственной отсталостью и аутизмом.
Чтобы исследовать, как мутация SYNGAP1 влияет на развитие нейронов человека in vivo, исследователи использовали модель ксенотрансплантации: они пересадили человеческие нейроны с мутацией SYNGAP1 в мозг мышей и впоследствии изучили их развитие и функционирование.
Быстрее не значит лучше
Исследователи изучили эффекты мутации трансплантированных человеческих нейронов в мозге мыши на уровне цепей — связей между нейронами, которые выполняют определенные функции в мозге.
«Мы увидели, что мутантные нейроны SYNGAP1 выглядели нормально в большинстве аспектов, но они демонстрировали сильное ускорение своего развития. Самое поразительное, что они гораздо быстрее соединялись с другими нейронами», — объясняет доктор Бен Вермаерке, первый автор статьи.
В частности, доктор Вермерке и его коллеги обнаружили, что дефицитные нейроны быстрее интегрировались в кортикальные цепи и реагировали на визуальные стимулы на несколько месяцев раньше обычного графика развития, что указывает на то, что более быстрое созревание нейронов привело к преждевременному функциональному развитию нейронов в мозговых цепях.
Профессор Пьер Вандерхаген добавляет: «Это ускоренное развитие мутантных нейронов SYNGAP1 может изменить раннюю функцию и пластичность младенческих мозговых цепей, хотя это необходимо изучить дополнительно с помощью экспериментальных и клинических исследований».
«Важная роль неотении для нормального развития человеческого мозга подчеркивает, как ее нарушение может привести к заболеваниям, связанным с развитием нервной системы. Ранние дефекты развития нейронов коры головного мозга человека могут иметь важные последствия для диагностики и лечения пациентов, пораженных SYNGAP1, и, возможно, пациентов с другими формами умственной отсталости или аутизма».
Профессор Винсент Бонин заключает: «Разработанная нами модель трансплантации впервые позволяет изучать заболевания нейронов человека in vivo как на функциональном, так и на схемном уровне. Этот прорыв представляет собой многообещающую модель для понимания неврологических заболеваний и тестирования новых методов лечения».
Дополнительная информация: Дефицит SYNGAP1 нарушает синаптическую неотению в ксенотрансплантированных нейронах коры головного мозга человека in vivo., Neuron (2024). DOI: 10.1016/j.neuron.2024.07.007. www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(24)00529-4
Информация о журнале: Neuron Предоставлено VIB (Фландрийский институт биотехнологии)
