Ученые вырастили «мини-мозг»: зачем он нужен
Доктор Стюарт А. Липтон, невролог и руководитель центра нейродегенеративной медицины в Scripps Research, объясняет, что мутация в гене MEF2C вызывает дисбаланс клеток мозга на стадии его развития, что приводит к симптомам аутизма. Результаты их работы показывают, что этот дисбаланс можно частично исправить, даже если вмешательство начато после раннего периода формирования мозга.
Аутизм — сложное неврологическое расстройство, причины которого связаны с множеством генетических факторов. Однако долгое время его изучение ограничивалось моделями на мышах и изолированных нервных клетках, что не могло полностью воссоздать сложность функционирующего человеческого мозга. Команда Липтона сосредоточилась на редкой форме аутизма — синдроме недостаточности MEF2C (MHS), связанного с вариацией гена MEF2C. Ученые взяли клетки кожи пациентов с этим расстройством, превратили их в стволовые клетки и вырастили из них миниатюрные мозговые органоиды, позволяющие наблюдать за взаимодействием клеток мозга на молекулярном уровне.
«Мы смогли воспроизвести ключевые аспекты работы мозга пациентов, такие как электрическая активность и развитие клеток, и даже пригласили детей в лабораторию, чтобы показать им их собственные мини-мозги. Это был эмоциональный момент для детей и их семей», — поделился Липтон.
В здоровом мозге стволовые клетки развиваются в нервные клетки (нейроны) и поддерживающие глиальные клетки. Нормальный баланс между возбуждающими и тормозящими нейронами позволяет мозгу работать стабильно, но при аутизме, как показали исследования, этот баланс нарушается. Органоиды, выращенные из клеток детей с MHS, содержали больше глиальных клеток, но меньше тормозящих нейронов, что приводило к чрезмерной активности нейронов, подобной той, что наблюдается у пациентов с аутизмом.
Пытаясь понять, как именно мутация MEF2C вызывает этот дисбаланс, ученые обнаружили около 200 генов, контролируемых геном MEF2C. Три из них кодируют молекулы микроРНК, которые регулируют экспрессию других генов. МикроРНК не производят белки сами по себе, но, связываясь с ДНК, регулируют развитие и функции клеток. Липтон отметил, что «эти микроРНК помогают мозгу определять, какие клетки становятся глиальными, а какие — нейронами».
Исследователи выявили, что в клетках мозга пациентов с MHS уровень трех микроРНК был понижен. Когда ученые добавляли эти микроРНК в мини-мозг, нейроны и глиальные клетки распределялись более равномерно, что нормализовало развитие органоидов.
Поскольку РАС часто диагностируется на поздних стадиях, вмешательства, изменяющие процесс раннего развития, такие как коррекция мутации, в настоящее время неосуществимы. Однако команда Липтона протестировала препарат NitroSynapsin, который был создан для восстановления связи между нейронами у пациентов с болезнью Альцгеймера, на мини-мозгах с MHS. Лекарство частично восстановило баланс между типами клеток и снизило чрезмерную активность нейронов, предотвращая разрушение связей. «Нам предстоит показать, улучшает ли это лекарство симптомы у людей с MHS и другими формами аутизма», — добавил Липтон.
Ранее ученые создали 3D-атлас мозга, помогающий отслеживать нарушения его развития с потрясающей детализацией.
