Исследователи из лаборатории Алисии Гуемез-Гамбоа, доктора философии, доцента нейробиологии, открыли новые молекулярные механизмы синдрома PACS1, редкого нарушения нервного развития, согласно данным, опубликованным в журнале Nature Communications .
Синдром PACS1 характеризуется умственной отсталостью и отчетливыми черепно-лицевыми аномалиями. Пациенты также могут испытывать эпилепсию, аутизм, гипотонию ( мышечную слабость ), трудности с питанием и пороки сердца. Заболевание, которое было впервые выявлено в 2012 году, вызвано единственным спорадическим вариантом гена PACS1 (сортировка 1 кислотного кластера фосфофурина).
«Большинство нарушений развития нервной системы возникают в результате множества различных вариантов, но синдром PACS1 у всех пациентов один и тот же, поэтому это довольно уникальная ситуация», — сказала Лорен Рилаарсдам, доктор философии, бывшая аспирантка лаборатории Гумез-Гамбоа и руководитель автор исследования.
Известно около 200 случаев синдрома PACS1, большинство из которых зарегистрировано у детей, хотя недавние достижения в технологии генетического секвенирования могут помочь выявить больше пациентов.
«К сожалению, доступных методов лечения не существует, поэтому мы объединились с Фондом исследования синдрома PACS1, чтобы попытаться выяснить, как этот вариант повлиял на развивающийся мозг и как это исправить», — сказал Гуемез-Гамбоа.
Для этого авторы получили стволовые клетки , перепрограммированные из фибробластов кожи пациента — клеток, которые помогают формировать соединительную ткань , — а также использовали инструменты редактирования генов, чтобы ввести вариант, вызывающий синдром PACS1, в здоровые клетки и исправить его в клеточных линиях пациентов. Затем авторы дифференцировали эти клетки в нейроны, чтобы понять, как вариант PACS1 влияет на развивающийся мозг .
Поскольку ранее о синдроме PACS1 было мало что известно, ученые использовали различные инструменты, в том числе секвенирование одноклеточной РНК церебральных органоидов — передовую технику трехмерного культивирования, при которой множество различных типов нервных клеток растут одновременно в небольших сферах.
Интересно, что они обнаружили, что зрелые возбуждающие нейроны оказались более пораженными, чем молодые возбуждающие нейроны. Зрелые нейроны в органоидах синдрома PACS1 также имели нарушенную экспрессию генов, связанных с синаптической передачей сигналов — основным методом связи между нейронами в мозге.
«Это, в сочетании с эпилепсией и аутизмом, с которыми сталкиваются пациенты, заставило нас думать, что могут быть некоторые различия в паттернах возбуждения нейронов синдрома PACS1», — сказал Рилаарсдам.
Затем исследователи фиксировали активность возбуждающих нейронов синдрома PACS1 с помощью многоэлектродных матриц, что позволило им регистрировать активность многих клеток одновременно. Используя этот метод, ученые обнаружили, что всплески активности длились гораздо дольше в нейронах, содержащих вариант PACS1.
«Это огромный шаг к пониманию того, что может способствовать эпилепсии и аутизму, с которыми сталкиваются пациенты», — сказал Рилаарсдам.
В дальнейшем исследователи заявили, что планируют определить, поражаются ли нейроны аналогичным образом в мышиных моделях синдрома PACS1 . Их конечная цель, по словам Рилаарсдама, — выявить и протестировать методы лечения, восстанавливающие фенотип, наблюдаемый в нейронах с мутацией PACS1.
«Мозг состоит из множества разнообразных областей, соединенных сложной системой контуров, поэтому важно понять, как увеличение продолжительности всплесков, которое я видел в очень изолированном контексте, коррелирует с мозгом в целом.
«Мы нашли некоторые предварительные данные, позволяющие предположить, что тормозные нейроны мозга также затронуты, но наши модели лучше подходят для изучения возбуждающих нейронов , так что это также та область, где модель на мышах будет действительно важна», — сказал Рилаарсдам.
