По мнению исследователей из Медицинской школы Стэнфордского университета, две наиболее распространенные формы генетической умственной отсталости, синдром ломкой Х-хромосомы и синдром Дауна, могут иметь общую причину. Проблема в том, что в мозгу нарушена коммуникационная сеть, также может быть связана с аутизмом.
По словам Дэниела Мэдисона, доктора философии, доцента молекулярной и клеточной физиологии, хотя генетика заболеваний сильно различается, конечный результат для мозга остается таким же. "Это как если бы каждый свет в вашем доме был подключен только к одному или двум переключателям, а не имел много переключателей, которые можно было включать или выключать в сложных комбинациях для управления освещением в одной комнате," он сказал.
Мэдисон – старший автор статьи о синдроме ломкой Х-хромосомы у мышей, которая будет опубликована в выпуске журнала Journal of Neuroscience от 11 апреля. В феврале он опубликовал соответствующее исследование на мышах с симптомами синдрома Дауна. 15 выпуск журнала физиологии.
Мэдисон является членом Стэнфордского исследовательского центра синдрома Дауна, основанного в 2003 году исследователями из Медицинской школы и детской больницы Люсиль Паккард для ускорения применения исследований для эффективных методов лечения этого состояния.
В последнем исследовании Мэдисон и докторант Джесси Хэнсон, доктор философии, изучали синдром ломкой Х-хромосомы, который является основной причиной умственной отсталости в этой стране. Люди, страдающие этой болезнью, как правило, имеют неспособность к обучению, отличительные физические характеристики, такие как увеличенные уши и вытянутое лицо, а также такие поведенческие проблемы, как синдром дефицита внимания, нарушения речи и необычная реакция на различные образы или звуки. Хотя неизвестно, почему, около трети людей с Fragile X также заболевают аутизмом – гораздо больший процент, чем среди населения в целом. Это делает Fragile X, который можно изучать на мышах, единственной генетической моделью аутизма.
Как следует из названия синдрома, ответственный ген, называемый Fmr1, расположен на X-хромосоме. Поскольку у мальчиков только одна Х-хромосома, в то время как у девочек две, мальчики обычно более серьезно страдают при мутации Fmr1. Однако девочки не застрахованы от этого состояния. Явление, называемое X-инактивацией, которое случайным образом заставляет замолчать одного члена каждой пары X-хромосом, создает мозаику пораженных и непораженных нервных клеток в головном мозге.
В некоторых условиях, связанных с Х-хромосомой, таких как гемофилия, нормальные клетки могут покрывать своих бесполезных сверстников. Не так для элитного корпуса нейронов мозга. Здесь, где сотрудничество и общение являются ключевыми, несколько непонятливых решений могут иметь катастрофические последствия.
Открытие исследователями запутанных коммуникационных сетей в мозгу стало возможным благодаря двум достижениям. Одним из них было создание мозаичной мыши Fmr1 с характеристиками мозга, аналогичными характеристикам мозга людей с Fragile X. Другой – использование специализированных микроскопов и крошечных игл для прямого подслушивания индивидуальных разговоров между двумя клетками. До этого исследования исследователи полагались на линию мышей, каждая клетка которой несла мутировавший ген Fmr1, и сделали вывод о том, как клетки общаются, по результатам экспериментов на группах клеток.
Новый подход позволил команде Мэдисона увидеть, что клетки с мутировавшим геном Fmr1 имеют очень избирательный недостаток: они с меньшей вероятностью, чем нормальные клетки, протягиваются и образуют связи или синапсы со своими соседями. Хотя нормальные клетки мозаичного мозга могут перемещаться вокруг этих потенциальных тупиков, полученная нейронная сеть имеет меньше клеток и менее сложна. "Если, например, 10 процентов нормальных нервных клеток теперь отвечают за половину вашей нейронной сети, способность вашего мозга к передаче информации снижается," он сказал.
Мэдисон сказал, что результаты этого исследования указывают исследователям новое направление. "До сих пор акцент в этой области делался на принимающей или постсинаптической стороне синапса," он сказал. "Но эти результаты однозначно показывают, что пресинаптические клетки являются важными в этом дефекте."
Результат совпал с ранее сделанным исследователями выводом о мозге мышей с симптомами синдрома Дауна: меньшее количество клеток устанавливает больше связей. "Мы считаем, что эти сети пониженной сложности являются основой умственной отсталости, которая возникает при обоих синдромах," Мэдисон сказал.
Если это так, проблема кроется в раннем развитии. Формирование синапсов поначалу кажется полностью беспорядочным, при этом связи между нейронами образуют случайные траектории, подобные волосяным трещинам, бегущим по ломающемуся льду. Но по мере того, как человек или животное начинают учиться и запоминать, более проторенные пути или трещины соединяются целенаправленным, но уникальным образом.
"Никакие две нервные клетки не всегда будут связаны одинаковым образом у разных людей," сказал Мэдисон. "Но популяции клеток будут развивать такие же связи, как и развивающийся мозг, использующий свою собственную сеть. Если мы сможем компенсировать синаптический дефицит мутантных клеток, мы можем начать думать о способах повышения умственных способностей пациентов с синдромом Дауна или ломкой X-хромосомой."
Источник: Медицинский центр Стэнфордского университета