Австрийские ученые использовали миниатюрные модели человеческого мозга — органоиды — для изучения одной из форм аутизма, связанной с умственной отсталостью и макроцефалией.
Оказалось, мутация одного гена приводит к более раннему и активному формированию нейронов, причем сначала появляются тормозные нейроны.
С расстройствами аутического спектра связано несколько сотен генов. Основные симптомы аутизма — сложности с социальным взаимодействием, ограниченные интересы и часто повторяющиеся поведенческие реакции. У некоторых пациентов с этим диагнозом симптомы выражены в легкой форме, в то время как другие люди в течение жизни могут испытываться серьезные трудности и практически не способны адаптироваться в обществе.
Один из генов, связанных с тяжелой формой аутизма, называется CHD8. При его мутациях часто наблюдаются также умственная отсталость и макроцефалия — развитие необычно большого мозга. Как именно CHD8 вызывает эти симптомы, долгое время оставалось неясно. Теперь ученые из Института науки и технологий Австрии и их коллеги смогли ответить на этот вопрос в статье, опубликованной в журнале Cell Reports.
Поскольку мутации гена CHD8 влияют на мозг на очень ранней стадии развития, крайне сложно получить полную картину запускаемых им процессов. В последние годы ученые используют мышей в качестве модельных организмов для изучения многих болезней человека. Однако у животных с мутацией CHD8 редко наблюдались свойственные людям симптомы. Поэтому нужна была какая-то другая модель.
Авторы исследования использовали органоиды — миниатюрные модели органов, выращенные из стволовых клеток. Органоиды содержат те же типы клеток, что настоящие органы, и позволяют исследовать их взаимодействие и развитие в трехмерном пространстве. Создав нужные условия, ученые смогли вырастить органоиды мозга размером с чечевичное зерно и воспроизвести в них процессы развития, происходящие с мозгом человеческого эмбриона.
Сравнения моделей с мутациями гена CHD8 и без них показали, что мутантные органоиды вырастали до больших размеров. Это стало первым подтверждением достоверности модели, так как люди с мутацией CHD8 часто страдают от макроцефалии.
Получив образцы всех клеток органоидов, ученые выяснили, что в мутантных моделях тормозные нейроны начали формироваться раньше, чем в контрольных. Эти нервные клетки высвобождают нейромедиаторы, препятствующие дальнейшей передаче сигнала. Противоположный эффект производят возбуждающие нейроны, которые в мутантных органоидах начинали формироваться значительно позднее. Кроме того, мутация CHD8 приводила к появлению большего числа делящихся клеток: они впоследствии создавали большее число нейронов, это и провоцировало аномальное увеличение размеров органоидов.
Дальнейшее исследование органоидов позволит подробнее изучить развитие мозга с различными генетическими патологиями, а также найти новые пути лечения и улучшить жизни пациентов.
Автор: Александра Медведева