Некоторые генные мутации приводят к тяжелым заболеваниям нервной системы человека. Исследователи из Лейпцигского университета и Университета Вюрцбурга использовали плодовых мушек, чтобы продемонстрировать, как, помимо отрицательного эффекта, мутация нейронного гена может иметь положительный эффект, а именно более высокий IQ у людей. Они опубликовали открытие в престижном журнале “Brain” («Мозг»).
Синапсы — это контактные точки в мозге, через которые нервные клетки «разговаривают» друг с другом. Нарушения в этой связи приводят к заболеваниям нервной системы, поскольку измененные синаптические белки могут нарушать этот сложный молекулярный механизм в возникновением различных нарушений – от легких симптомов до тяжелой инвалидности.
У двух нейробиологов, профессора Тобиаса Лангенхана и профессора Манфреда Хекманна из Лейпцига и Вюрцбурга соответственно, пробудился интерес после прочтения в научной публикации информации о мутации, повреждающей синаптический белок. Сначала пациенты с таким повреждением заинтересовали в связи с тем, что такая мутация заставила их ослепнуть. Однако затем врачи заметили, что у таких пациентов обнаруживается интеллект выше среднего. «Очень редко мутация приводит к улучшению, а не к потере функции», — говорит Лангенхан, профессор и заведующий кафедрой Института биохимии Рудольфа Шенхаймера на медицинском факультете.
Два нейробиолога из Лейпцига и Вюрцбурга уже много лет используют плодовых мушек для анализа синаптических функций. «Наш исследовательский проект был разработан для того, чтобы ввести мутацию, появившуюся у этих пациентов, в соответствующий ген у мух и использовать такие методы, как электрофизиология, для проверки того, что затем происходит с синапсами. Мы исходили из того, что мутация делает пациентов более умными, потому что улучшает связь между нейронами, в которых участвует поврежденный белок», — объясняет Лангенхан. «Конечно, вы не можете проводить эти измерения на синапсах в мозгу у пациентов. Для этого нужно использовать модели животных».
«75% генов, вызывающих заболевания у людей, также существуют у плодовых мушек».
Во-первых, ученые вместе с исследователями из Оксфорда показали, что белок мухи под названием RIM выглядит молекулярно идентичным человеческому. Это было необходимо для того, чтобы иметь возможность изучать изменения в человеческом мозгу. На следующем этапе нейробиологи вставили в геном мухи мутации, которые выглядели точно так же, как у больных людей. Затем они провели электрофизиологические измерения синаптической активности. «На самом деле мы наблюдали, что животные с мутацией показали гораздо более активную передачу информации в синапсах. Этот удивительный эффект на синапсы мух, вероятно, обнаруживается таким же или подобным образом у пациентов и может объяснить их повышенные когнитивные способности, а также их слепоту», — заключает профессор Лангенхан.
Ученые также выяснили, как происходит повышенная передача в синапсах: молекулярные компоненты в передающей нервной клетке, запускающие синаптические импульсы, сближаются в результате эффекта мутации и приводят к повышенному выбросу нейротрансмиттеров. Новый метод, микроскопия сверхвысокого разрешения, был одним из тех, что применялись в исследовании. «Это дает нам инструмент для наблюдения и даже подсчета отдельных молекул и подтверждает, что молекулы в затронутой мутацией клетке расположены ближе друг к другу, чем у обычной», — говорит профессор Лангенхан, которому помогала в работе также исследовательская группа профессора Хартмута Шмидта из Институт Карла Людвига в Лейпциге.
«Проект прекрасно демонстрирует, как такое экстраординарное модельное животное, как плодовая мушка, может быть использовано для очень глубокого понимания заболеваний человеческого мозга. Животные генетически очень похожи на людей. Подсчитано, что 75% генов, связанных с болезнями человека, также обнаружены у плодовой мушки», — объясняет профессор Лангенхан, указывая на дальнейшие исследования по этой теме на медицинском факультете: «Мы начали несколько совместных проектов с генетиками, патологоанатомами и коллективом Единого научно-лечебного центра (ИЛЦ) AdiposityDiseases; на базе Лейпцигской университетской клиники они изучают нарушения развития головного мозга, развитие злокачественных опухолей и ожирение. Мы будем также внедрять болезнетворные мутации в плодовую мушку, чтобы воспроизвести и лучше понять болезни человека».
Original publication in “Brain”:
The human cognition-enhancing CORD7 mutation increases active zone number and synaptic release. https://doi.org/10.1093/brain/awac011
Created by:Anne Grimm
Пресс-релиз 2022/088 от 05.10.2022
ЕАБТП является союзом (консорциумом) хозяйственно независимых субъектов, нацеленных на разные виды скоординированной деятельности по эффективному использованию имеющихся и созданию новых интеллектуал...
Корпорация "Биотех-внедрение" работает над коммерциализацией передовых биотехнологий и биопродуктов, начиная с 2014 года. Деятельность компании спрофилирована на внедрение наиболее конкурент...
