Работа в команде: изменения в развитии мозга означают, что некоторые области мозга могут ослабевать
Ученые используют ткани мозга человеческого плода, чтобы изучить развитие мозга при БГ. Но что означают изменения в развитии, когда симптомы не проявляются в течение десятилетий после рождения?
Влияние генетической экспансии БГ на развитие мозга является горячей темой в исследованиях БГ. Группа исследователей во главе с доктором Сандрин Юмбер из Гренобльского института нейронаук изучила ткани мозга человеческого плода, чтобы показать, что мутантный ген БГ вызывает очень ранние изменения в моделях раннего развития мозга. Но какое влияние эти изменения в развитии оказывают на самом деле? Люди, рожденные с мутантным геном БГ, очевидно, выживают и процветают в течение многих лет и даже десятилетий, прежде чем в мозге развиваются симптомы. Таким образом, хотя эти результаты не предполагают, что изменения в развитии вызывают немедленные эффекты, они оправдывают тщательную интерпретацию.
Немного того, немного этого
Прежде чем мы начнем – краткий курс биологии 101 может быть полезен для разъяснения некоторого жаргона, который мы обычно используем. Мы говорим о болезни Хантингтона, но часто используем слово хантингтин. БГ относится к самой болезни, а хантингтин относится к гену и/или белку, который вызывает болезнь. Ученые считают себя умными и немного изменили название гена/белка, просто чтобы проявить креативность. Просто будьте благодарны, что они не стали проявлять особую креативность и не назвали его чем-то из ряда вон выходящим, например, sonic hedgehog, 18 wheeler или tinman (реальные названия генов, мы обещаем).
И хотя слово «хантингтин» относится как к гену, так и к белку, на самом деле это совершенно разные вещи. Вы можете думать о гене как о рецепте – он предоставляет письменные инструкции о том, что нужно сделать. А белок – это продукт, вы можете думать о нем как о продукте рецепта, например, о пироге. Таким образом, ген хантингтина – это рецепт белка хантингтина, который является продуктом.
Несмотря на то, что ген хантингтина был открыт в 1993 году, мы до сих пор многого не знаем о функции этого белка. Одна из причин этого заключается в том, что исследователи обнаружили, что хантингтин на самом деле выполняет множество функций – немного того, немного этого в клетках по всему телу и на протяжении всей нашей жизни. И хотя некоторые из этих функций начинают проясняться, еще многое предстоит узнать.
Одна из недавно предложенных ролей белка хантингтина связана с вкладом в развитие мозга. Помните – люди, которые наследуют мутацию БГ, имеют генетическое изменение, которое вызывает болезнь, еще до того, как они родились. Но у большинства пациентов с БГ симптомы не проявляются в течение десятилетий. Одна из целей исследователей БГ – понять самые ранние изменения, вызванные мутацией БГ, чтобы попытаться отобразить эти изменения и последующую дисфункцию, которая приводит к симптомам БГ.
Чтобы изучить самые ранние изменения в развитии, ученые использовали модели мышей и клеток для определения функций белка хантингтина. Растет количество данных, свидетельствующих о том, что существуют незначительные изменения в развитии мозга в клетках и мышах, которые экспрессируют мутантный ген БГ. Недавно мы писали об изменениях, связанных с развитием, описанных в мини-мозге, трехмерной клеточной модели БГ, о которой вы можете прочитать здесь.
Но, как вы все знаете, мыши – это не люди, и модели, которые изучают клетки, выращенные в чашке Петри, не могут рассказать нам всю историю того, что БГ делает в людях. Как мы часто говорим, только люди болеют болезнью Хантингтона. И причина, по которой исследователи изучают БГ, заключается в том, чтобы найти лечение для людей с БГ. Поэтому лучшие образцы для изучения этого процесса – это, ну, от людей.
«Главный вывод заключается в том, что это исследование показало, что клетки в определенной области мозга в определенный момент времени имели различия в развитии из-за мутации, вызывающей БГ».
Правильное место в правильное время – это критично?
Чтобы определить, вызывает ли БГ клеточные изменения на самых ранних стадиях развития мозга человека, исследователи во главе с доктором Юмбер изучили развивающийся мозг у человеческих плодов, находящихся на 13-й неделе беременности. Это предоставляет исследователям информацию о том, что происходит в очень конкретный момент времени во время раннего развития – как фотография конкретного момента.
Они конкретно изучали развивающуюся кору – морщинистую внешнюю часть мозга, которая выполняет многие из наших сложных действий. В ткани мозга человеческого плода, несущей мутацию БГ, скорость деления клеток была ниже, а их расположение в мозге было изменено. Это также наблюдалось в модели на мышах, что позволяет предположить, что эти эффекты определенно связаны с мутацией БГ.
По мере того как клетка созревает в нейрон, она физически перемещается в мозге. Таким образом, в этот момент времени в развитии некоторые клетки находятся не в том месте и не в то время, что нарушает баланс в развивающемся мозге.
Главный вывод заключается в том, что это исследование показало, что клетки в определенной области мозга в определенный момент времени имели различия в развитии из-за мутации, вызывающей БГ. Однако важно знать, что создание клеток мозга во взрослом возрасте – это совсем другой процесс, чем когда клетки мозга впервые создаются во время развития. Таким образом, хотя это исследование изучает, как мутация БГ влияет на развитие клеток мозга, оно не рассматривает изменения в формировании клеток мозга взрослого человека или почему новые клетки не заменяют их. Это вопросы для другого исследования.
Но многие другие исследования на мышах показали нам, что даже с мутацией, вызывающей БГ, в конечном итоге развивается полностью функциональный мозг. И мы, конечно, знаем, что это верно и для людей.
Совместная работа
Так как же мозг может иметь измененное развитие и функционировать нормально? Другие области мозга помогают! Это как когда вам нужно сделать групповой проект, но один член команды – бездельник – остальная часть команды делает немного больше, чтобы выполнить работу.
Фактически, мы видели, что это так и в других исследованиях на людях. В недавнем исследовании – исследовании ChANGE-HD – использовалась МРТ для изучения размеров различных областей мозга у детей (в возрасте от 6 до 18 лет), которые унаследовали мутацию БГ, но находятся за много лет до появления симптомов. С согласия своих родителей эти дети участвовали в этом исследовании, направленном на понимание самых ранних обнаруживаемых изменений у людей, несущих мутацию БГ.
По сравнению с детьми, которые не наследуют мутацию БГ, дети, которые ее наследуют, изначально имеют немного большее полосатое тело (область мозга, которая в конечном итоге испытывает сильную потерю клеток из-за БГ), которое уменьшалось в размерах с возрастом. Но у детей, которые унаследовали мутацию БГ, также было больше связей между другими областями их мозга и этой же областью мозга.
«Несмотря на то, что БГ может вызывать незначительные изменения в развитии мозга, которые, по-видимому, присутствуют с рождения, другие исследования показывают нам, что изменения в развитии, по-видимому, не вызывают симптомов, которые мы можем измерить».
Это говорит о том, что у детей, которые наследуют мутацию БГ, более быстрое развитие в определенных областях мозга, пораженных БГ на ранних этапах, и что эта же область мозга в конечном итоге со временем сокращается. Но другие области мозга, по-видимому, протягивают руку помощи, чтобы компенсировать эту измененную временную шкалу развития. Таким образом, другие области мозга берут на себя ответственность за ту область мозга, которая не выполняет свою работу.
Структура не сразу определяет функцию
Никогда не недооценивайте команду, которая хорошо работает вместе. Хотя каждый член может выполнять свою функцию не совсем так, как ему назначено, они привыкают работать вместе. И может потребоваться очень много времени, прежде чем в их способе ведения дел начнут появляться трещины.
Недавно мы узнали из исследования HD Young Adult Study (HD-YAS), что даже через 24 года после прогнозируемого начала симптомов люди, несущие мутацию БГ, не показали снижения мышления или настроения. (Вы можете прочитать больше об исследовании HD-YAS
С этим новым исследованием у нас есть больше доказательств того, что хантингтин участвует в развитии мозга, что дополняет растущий список функций, выполняемых этим белком. Понимание того, как именно хантингтин участвует в этом процессе, поможет раскрыть вещи об общем развитии человека. И это дает нам пик в действительно крутую науку, связанную с развитием!
Результаты этого нового исследования также поднимают вопросы – каковы именно механизмы, которые компенсируют поддержание здоровья мозга при БГ так долго? И можем ли мы идентифицировать их, чтобы продлить этот процесс в качестве терапевтической стратегии? Нам еще многое предстоит узнать об этой области исследований БГ, но будущие исследования, вероятно, будут продолжены.
