Гены строители мозга 331 ключ к разгадке аутизма
Израильские генетики вместе с коллегами из Франции и Японии составили первую подробную карту генов, абсолютно необходимых для формирования нейронов головного мозга. Речь идет о 331 участке ДНК. Их повреждение приводит к серьезным сбоям в развитии нервной системы. Это открытие, как надеются ученые, станет ключом к пониманию причин аутизма, микроцефалии и других тяжелых заболеваний.
«Благодаря опытам на эмбриональных стволовых клетках, нам удалось составить карту генов, критически важных для развития мозга, — приводит пресс-служба Еврейского университета Иерусалима слова профессора Сагива Шифмана. — Эта карта поможет нам понять, как именно развивается мозг, и выявить те участки ДНК, мутации в которых способствуют появлению различных сбоев».
Метод ученые выбрали прямой, хотя и трудоемкий. Они буквально перебирали гены один за другим. Взяли эмбриональные стволовые клетки — те, что могут превратиться во что угодно, — и начали «отключать» в них разные гены. Смотрели, что будет. Всего проверили около 20 тысяч генов, отвечающих за производство белков.
После каждого «отключения» исследователи пытались направить клетку по пути становления нейроном. И в 331 случае этот процесс ломался. Клетка либо вообще теряла способность к превращению, либо делала это с грубыми ошибками.
Среди найденных генов есть и ожидаемые, и настоящие сюрпризы. К первым относятся, например, TUBB3 и NEFM. Они давно известны нейробиологам и играют ключевую роль в построении внутреннего каркаса нейрона, его «арматуры». Без них клетка не может принять правильную форму и наладить связи.
А вот гены PAX6 и, особенно, PEDS1 стали неожиданностью. Раньше PEDS1 связывали в основном с обменом веществ. Оказалось, он критически важен для мозга. Более того, именно мутации в этом гене, как выяснилось, приводят к одной из тяжелейших форм микроцефалии — врожденному уменьшению размеров мозга и черепа.
Ученым даже удалось найти двух реальных пациентов с этой конкретной мутацией.
«Открытие того, что мутации в гене PEDS1 связаны с одной из самых тяжелых задержек в развитии детей, а также уточнение функции данного участка ДНК, открывает дорогу для разработки новых методов диагностики, — подчеркивает профессор Шифман. — И подходов для генетического консультирования для семей, планирующих зачать ребенка».
Теперь, зная точную генетическую причину, врачи могут предложить семьям из группы риска ранний скрининг. А в будущем, возможно, появятся и методы терапии. Пока об этом говорить рано, но фундамент заложен.
Между тем, значение работы выходит далеко за рамки одного гена. Составленная карта из 331 ключевого участка ДНК — это как схема метро для сложнейшего процесса. Понимая, где главные станции и пересадки, ученые смогут гораздо быстрее находить причины других нарушений.
Допустим, у ребенка диагностирован расстройство аутистического спектра. Генетический анализ показывает редкую мутацию в одном из генов из этого списка. Сразу становится ясно, на какой именно биологический процесс она влияет. Это не дает мгновенного лекарства, но резко сужает поле поиска.
Как пояснил собеседник «Века» данная работа была опубликована в начале января, но сделана она была, конечно, раньше. По его мнению, на такие эксперименты уходят годы, хотя с развитием ИИ это стало занимать гораздо меньше времени.
Что дальше? Карту предстоит детализировать. Ведь в исследовании клетки превращали в нейроны в целом. Но мозг состоит из сотен разных типов нервных клеток. Какие гены критичны для образования именно дофаминовых нейронов, страдающих при болезни Паркинсона? А какие для клеток коры, отвечающих за мышление? Это вопросы следующих этапов.
Пока же ясно одно: наука сделала крупный шаг к системному пониманию того, как из одной клетки вырастает самый сложный объект во Вселенной — человеческий мозг. И как эта тонкая программа может дать сбой.
Остается надеяться, что новые знания быстро перекочуют из лабораторий в кабинеты врачей. Чтобы помогать здесь и сейчас.