Исследование связывает снижение уровня рибосом с уязвимостью развивающихся клеток мозга
Группа учёных под руководством учёных Юго-Западного медицинского центра Техасского университета выявила особую стадию развития нервной системы, на которой дифференцирующиеся нервные клетки производят меньше рибосом, ответственных за синтез белков. Это последующее снижение продукции белка, как сообщают исследователи в журнале Nature Cell Biology , помогает объяснить, почему мутации, которые ещё больше влияют на синтез рибосом, могут вызывать нарушения развития нервной системы.
«Мы обнаружили, что уровень рибосом снижается во время нейроэпителиальной дифференцировки, очень раннего этапа развития человеческого мозга, что делает дифференцирующиеся клетки особенно уязвимыми к изменениям в биогенезе рибосом в этот период», — сказал Майкл Бущак, доктор философии, профессор молекулярной биологии в Юго-Западном университете Техасского университета.
Доктор Бущак руководил исследованием совместно с коллегами из Юго-Западного университета Техасского университета: Цзюнь У, доктором философии, доцентом молекулярной биологии; Чуньян Ни, доктор философии, бывшим исследователем в лаборатории Бущака, ныне работающим в Стэнфордском университете; и Юдун Вэй, доктором философии, постдокторантом в лаборатории Бущака. В качестве международных коллег выступили Барбара Вона, доктор философии, руководитель группы Института слуховой нейронауки Гёттингенского университетского медицинского центра (Германия), и Реза Маруфиан, доктор философии, научный сотрудник Лондонского университетского колледжа.
Исследователи сосредоточились на группе нарушений нейроразвития, имеющих ряд общих признаков, включая тяжёлую умственную отсталость, низкий мышечный тонус, нарушения слуха и зрения, а также небольшой размер мозга. Эти нарушения связаны с мутациями в гене AIRIM, играющем ключевую роль в образовании рибосом. Однако механизм, при котором генетические мутации вызывают эти особенности, оставался неизвестным.
Семейные родословные, схема вариантов на уровне генов и белков, а также консервативность аминокислотных замен в гене AIRIM. Источник: Nature Cell Biology (2025). DOI: 10.1038/s41556-025-01708-8
Работая с лабораторией Wu, специализирующейся на создании модельных систем, называемых органоидами, которые воспроизводят развитие органов, исследователи с помощью генной инженерии преобразовали клетки с генетическими дефектами в стволовые клетки, формирующие органоиды мозга. Для сравнения они проделали то же самое с клетками без дефектов.
Затем они отслеживали развитие органоидов. К 15-му дню — к критическому моменту, когда специфические потомки стволовых клеток, называемые нейроэпителиальными клетками, превращаются в более специализированные клетки, называемые радиальной глией, — органоиды, созданные из мутировавших клеток, становились меньше, и большая часть их клеток погибала.
Более детальное исследование показало, что клетки обоих типов органоидов в этот период производили меньше рибосом. Однако органоиды, несущие мутации в гене AIRIM, имели ещё меньше рибосом, чем обычно. Последующие эксперименты показали, что дефицит рибосом в мутировавших органоидах привёл к снижению продукции клетками определённых белков, особенно тех, которые участвуют в выживании и дифференцировке клеток.
Генетическими или фармацевтическими методами стимулируя клетки к повышению активности mTOR — белка, стимулирующего выработку белка, — исследователи «спасли» клетки, несущие генетические дефекты. Эти клетки затем сформировали органоиды того же размера и с аналогичной выработкой белка, что и немутировавшие клетки.
Доктор Бущак предположил, что подобное вмешательство может быть когда-нибудь использовано для лечения некоторых нарушений нейроразвития, вызванных дефицитом рибосом у пациентов до рождения, что потенциально избавит их от симптомов этих нарушений. Он и его коллеги планируют исследовать, связаны ли симптомы других нарушений нейроразвития, вызванных генетическими мутациями в генах, связанных с рибосомами, с аналогичными естественными снижениями продукции рибосом во время развития.