Ученые перемонтировали мозговые схемы при синдроме Дауна, восстановив недостающую молекулу

Работа проводилась на лабораторных мышах, а не на людях, поэтому она не близка к лечению. Несмотря на это, исследователи обнаружили, что введение плейотропина улучшило функцию мозга у взрослых мышей после того, как мозг уже закончил формироваться. Это дает возможность получить преимущество перед более ранними стратегиями, направленными на укрепление мозговых цепей, связанных с синдромом Дауна, которые требовали действий в очень узкие периоды беременности.

«Это исследование действительно интересно, потому что оно служит доказательством концепции того, что мы можем нацеливаться на астроциты, тип клеток в мозге, специализирующийся на секреции молекул, модулирующих синапсы, чтобы перенастроить схемы мозга во взрослом возрасте», — сказала исследователь Эшли Н. Брандебура, доктор философии, которая была частью исследовательской группы в Институте биологических исследований Солка, а сейчас является частью медицинской школы Университета Вирджинии. «Это еще далеко от использования на людях, но это дает нам надежду, что секретируемые молекулы могут быть доставлены с помощью эффективной генной терапии или, возможно, с помощью инфузий белков для улучшения качества жизни при синдроме Дауна».

Понимание синдрома Дауна и его последствий для здоровья

По данным федеральных центров по контролю и профилактике заболеваний, синдром Дауна поражает примерно 1 из 640 детей, рожденных каждый год в Соединенных Штатах. Оно возникает в результате ошибки деления клеток во время развития и может быть связано с задержкой развития, гиперактивностью, более короткой продолжительностью жизни и более высоким риском проблем со здоровьем, которые могут включать пороки сердца, проблемы с щитовидной железой, а также проблемы со слухом или зрением.

Ученые Солка под руководством Николы Дж. Аллена, доктора философии, решили узнать больше о том, что движет синдромом Дауна, исследуя белки внутри клеток мозга на мышиных моделях этого заболевания. Они сосредоточились на плейотрофине, поскольку он обычно появляется в очень высоких количествах на ключевых этапах развития мозга и играет важную роль в построении синапсов, связей между нервными клетками, а также в формировании аксонов и дендритов, которые помогают нейронам отправлять и получать сигналы. Исследователи также отметили, что при синдроме Дауна снижается уровень плейотропина.

Чтобы проверить, может ли восстановление плейотропина улучшить функцию мозга, команда использовала сконструированные вирусы, называемые вирусными векторами, чтобы доставить его в нужное место. Вирусы часто связаны с такими заболеваниями, как грипп, но исследователи могут модифицировать их, чтобы они не вызывали заболевания и вместо этого несут в себе полезный материал. В этом случае вирус был лишен вредных компонентов и загружен полезным грузом — плейотропином — чтобы он мог доставлять молекулу непосредственно в клетки.

Астроциты, синапсы и пластичность мозга

Ученые сообщили, что снабжение плейотропином астроцитов, основного типа клеток головного мозга, дало существенные результаты. Среди изменений увеличилось количество синапсов в гиппокампе — регионе, участвующем в обучении и памяти. Команда также заметила увеличение «пластичности» мозга — способности создавать или корректировать связи, которые поддерживают обучение и память.

«Эти результаты показывают, что мы можем использовать астроциты в качестве векторов для доставки молекул, вызывающих пластичность, в мозг», — сказал Аллен. «Однажды это позволит нам восстановить ошибочные связи и улучшить работу мозга».

Более широкие последствия и следующие шаги

Исследователи подчеркивают, что плейотропин вряд ли является единственным фактором, вызывающим проблемы с цепью при синдроме Дауна. Они говорят, что необходима дополнительная работа, чтобы понять множество вовлеченных участников. Тем не менее, они утверждают, что результаты показывают, что сам подход может работать и что в конечном итоге он может помочь помимо синдрома Дауна, в том числе при других неврологических заболеваниях.

«Идея о том, что астроциты могут доставлять молекулы, вызывающие пластичность мозга, имеет значение для многих неврологических расстройств, включая другие нарушения нервного развития, такие как синдром хрупкой Х-хромосомы, а также, возможно, даже для нейродегенеративных расстройств, таких как болезнь Альцгеймера», — сказал Брандебура. «Если мы сможем выяснить, как «перепрограммировать» поврежденные астроциты для доставки синаптогенных молекул, мы сможем оказать весьма благотворное влияние на множество различных болезненных состояний».

После окончания постдокторской подготовки в Солке Брандебура планирует продолжить это направление исследований в UVA Health. Там она работает в Институте мозга UVA, отделении нейробиологии и Центре иммунологии мозга и глии (BIG Center).

Опубликованные результаты и финансирование

Результаты опубликованы в журнале Отчеты о ячейках. Статья открыта в доступе, то есть ее можно читать бесплатно. В исследовательскую группу входили Брандебура, Адриен Паумье, Куинн Н. Асбелл, Тао Тао, Мариэль Кристин Б. Микаэль, Шерлин Санчес и Аллен. Ученые сообщают об отсутствии финансовой заинтересованности в работе.

Поддержка поступила от Инициативы Чана Цукерберга и Национального института неврологических расстройств и инсульта Национального института здравоохранения (грант F32NS117776).