Механизмы, лежащие в основе умственных нарушений 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, что, как считается, необходимо для нормальной когнитивной функции.

Их работа имеет интересные последствия для нашего понимания и разработки методов лечения нарушений интеллектуального развития или аутизма и опубликована в журнале Neuron .

Человеческий мозг выделяется среди млекопитающих своим необычайно длительным развитием. В отличие от других животных, нейронам нашего мозга, 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 нарушения на кортикальные нейроны человека оставались в значительной степени неизвестными. До недавнего времени основным препятствием в изучении заболеваний развития человеческого мозга 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 корковых нейронов человека. Это устанавливает связь между ускорением развития нейронов и умственной отсталостью и аутизмом.

Чтобы изучить, как мутация SYNGAP1 влияет на развитие нейронов человека in vivo, исследователи использовали модель ксенотрансплантации: они пересадили человеческие нейроны с мутацией SYNGAP1 в мозг мышей, а затем 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 во многих отношениях, но при этом они демонстрировали сильное ускорение своего развития. Самое поразительное, что они гораздо быстрее соединялись с другими нейронами», — объясняет доктор Бен Вермерке, первый автор статьи.

В частности, доктор Вермерке и его коллеги обнаружили, что дефектные нейроны быстрее интегрировались в корковые цепи и реагировали на визуальные стимулы на несколько месяцев раньше обычного графика развития, что указывает на то, что более быстрое созревание нейронов приводило к преждевременному функциональному развитию нейронов в мозговых цепях.

Профессор Пьер Вандерхаген добавляет: «Это ускоренное развитие мутантных нейронов SYNGAP1 может изменить раннюю функцию и пластичность мозговых цепей младенца, хотя это требует дальнейшего изучения с помощью экспериментальных и клинических исследований».

«Важная роль неотении для нормального развития человеческого мозга подчеркивает, как ее нарушение может привести к заболеваниям, связанным с неврологическим развитием. Ранние дефекты развития нейронов коры головного мозга человека могут иметь важные последствия для диагностики и лечения пациентов, страдающих 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 цепочном уровне. Этот прорыв представляет собой многообещающую модель для понимания неврологических заболеваний и тестирования новых методов лечения».