Ученые обнаружили связь между эволюцией мозга и нарушениями развития

Необычайно длительное развитие человеческого мозга уникально среди млекопитающих и, как полагают, способствует нашим продвинутым способностям к обучению. Нарушения в этом процессе могут объяснить некоторые заболевания, связанные с неврологическим развитием. 

Теперь группа исследователей под руководством профессора Пьера Вандерхагена (VIB-KU Leuven) совместно с учеными Колумбийского университета и Высшей нормальной школы обнаружила связь между двумя генами, присутствующими только в ДНК человека, и ключевым геном под названием SYNGAP1, который мутирует при умственной отсталости и расстройствах аутистического спектра. Их исследование, опубликованное в Neuron, демонстрирует удивительно прямую связь между эволюцией человеческого мозга и расстройствами неврологического развития.

Человеческий мозг выделяется среди млекопитающих своим необычайно длительным развитием. Синапсы — критические связи между нейронами коры головного мозга, главного центра познания мозга — у людей развиваются годами, по сравнению с месяцами у таких видов, как макаки или мыши. Считается, что это длительно развивающееся развитие, также известное как неотения, играет центральную роль в продвинутых когнитивных и обучающих способностях человека. С другой стороны, была выдвинута гипотеза, что нарушения мозговой неотении могут быть связаны с нарушениями развития нервной системы, такими как умственная отсталость и расстройства аутистического спектра.

Лаборатория Пьера Вандерхагена в Центре исследований мозга и заболеваний VIB-KU Leuven ранее обнаружила, что длительное развитие коры головного мозга человека в основном обусловлено специфическими для человека молекулярными механизмами в нейронах. Теперь они изучают эти молекулярные таймеры в нейронах человека.

В своем последнем исследовании команда проверила участие двух генов, SRGAP2B и SRGAP2C, которые являются уникальными для людей. Впервые идентифицированные Сесиль Шарье в лаборатории профессора Франка Поллё (Колумбийский университет, США), эти гены, как было обнаружено, замедляют развитие синапсов при искусственном введении в нейроны коры головного мозга мышей. Вопрос, функционируют ли эти гены таким же образом в нейронах человека, остался без ответа.

Чтобы решить эту проблему, Батист Либе-Филиппот, научный сотрудник лаборатории Вандерхагена, отключил SRGA2B и SRGAP2C в человеческих нейронах, трансплантировал их в мозг мыши и тщательно следил за развитием синапсов в течение 18 месяцев.

«Мы обнаружили, что при отключении этих генов в нейронах человека синаптическое развитие ускоряется до невероятных величин», — говорит Либе-Филипп. «К 18 месяцам синапсы сопоставимы с тем, что мы ожидаем увидеть у детей в возрасте от пяти до десяти лет! Это отражает ускоренное развитие синапсов, наблюдаемое при некоторых формах расстройств аутистического спектра».  

Затем группа исследовала основные генетические механизмы, лежащие в основе выраженных эффектов SRGAP2B и SRGAP2C на неотению человеческих нейронов. Они сосредоточились на гене SYNGAP1, важном гене заболевания, который, как известно, участвует в интеллектуальной инвалидности и расстройствах аутистического спектра.

Примечательно, что они обнаружили, что гены SRGAP2 и SYNGAP1 действуют вместе, контролируя скорость развития человеческих синапсов. Самое поразительное, что они обнаружили, что SRGAP2B и SRGAP2C повышают уровни гена SYNGAP1 и даже могут обратить вспять некоторые дефекты в нейронах, в которых отсутствует SYNGAP1. Это открытие расширяет наше понимание того, как молекулы, специфичные для человека, влияют на пути развития нейроболезней, проливая свет на то, почему такие расстройства более распространены среди нашего вида.

«Эта работа дает нам более ясную картину молекулярных механизмов, формирующих медленное развитие человеческих синапсов. Удивительно, что те же гены, которые участвуют в эволюции человеческого мозга, также обладают потенциалом изменять экспрессию определенных заболеваний мозга. Это может иметь важное клиническое значение: необходимы дополнительные исследования, чтобы понять, как специфические для человека механизмы развития мозга влияют на обучение и другие виды поведения и как их дисрегуляция может привести к расстройствам мозга. Становится возможным, что некоторые специфические для человека генные продукты могут стать инновационными лекарственными мишенями», - резюмировал профессор Пьер Вандерхаген.