Ученые из Технологического института Вирджинии выяснили, как нефункционирующая версия обычного гена ухудшает структуру и функции мозга. Полученные данные помогают объяснить генетическую форму микроцефалии – состояния, при котором головы младенцев маленькие и растут медленнее, чем их сверстники.
Исследование, опубликованное в июльском печатном выпуске журнала Experimental Neurology , впервые дает глобальную картину влияния гена CASK на молекулярную активность в клетках мозга и связи между клетками мозга.
CASK встречается во всем животном мире , в том числе у червей, дрозофил, мышей и людей, но дисфункциональные варианты гена CASK у детей приводят к микроцефалии с гипоплазией моста и мозжечка или нарушению роста, что может способствовать умственной отсталости, микроцефалии. , аномалии развития мозга и зрительного нерва, а также судороги у девочек.
Новое исследование показывает, что судороги не являются вероятной причиной меньшего размера мозга.
«У этих детей происходят резкие изменения в развитии мозга, и всякий раз, когда это происходит, перспектива судорог и клеточной токсичности из-за эпилептической активности становится проблемой», – сказал Парас Патель, студент отделения биологии, медицины и здравоохранения штата Вирджиния. программа и ведущий автор опубликованного исследования.
«Мы разработали и изучили генетическую модель животного с« подтверждением лица »и определили, что на глобальную электрическую активность мозга это не влияет», – сказал Патель, который также работает в Биомедицинском исследовательском институте Фралина в Центре нейробиологических исследований VTC, куда он ведет завершил свое исследование под руководством Конарка Мукерджи, основного преподавателя и руководителя исследовательской группы из Института биомедицинских исследований Фралина, который возглавляет, пожалуй, единственную исследовательскую группу в мире, посвященную изучению роли CASK в неврологических расстройствах. «Мы подтвердили, что эпилепсия действительно имеет очень низкую частоту, что позволяет предположить, что она не является причиной гибели клеток и нарушения объема мозга».
Ген CASK человека находится на Х-хромосоме и содержит инструкции по производству молекулы белка CASK, который необходим для роста и функционирования мозга. У мальчиков без функционального гена CASK развивается тяжелая энцефалопатия, и они могут не выжить. Девочки с одной мутированной копией экспрессируют эту мутацию в половине своих клеток, а немутантную копию – в другой половине.
Чтобы понять функциональные изменения, вызванные расстройством, связанным с CASK, исследователи изучили модель на мышах, где у половины клеток не было CASK мыши, а у другой половины был нормальный CASK мыши, который является генетически аналогичным профилем для большинства случаев заболевания человека. понимать функциональные изменения, вызванные расстройством, связанным с CASK
Ученые обнаружили аномалии, которые могут повлиять на связь между клетками мозга , а также молекулярные изменения, которые влияют на процессы, которые клетки используют для производства белка.
Кроме того, результаты указывают на неожиданную роль CASK в регуляции выработки энергии в клетках, включая митохондрии, которые представляют собой структуры, преобразующие питательные вещества в энергию.
«Поразительно, но значительное количество наблюдаемых нами молекулярных изменений происходит в белках, связанных с производством клеточной энергии и другими аспектами функции митохондрий», – сказал Мукерджи, автор рукописи. «Роль CASK в митохондриях дает интересные будущие указания относительно того, как эта функция может объяснить уменьшение размера мозга и нарушение регуляции функции в случаях мутации CASK у людей».
«Интерес родителей, чьи дети затронуты мутациями гена CASK, очень вдохновляет», – сказал Патель. «Они ищут в Интернете все новые исследования и читают чрезвычайно сложные статьи, поэтому было бы здорово сделать для них шаг вперед, основанный на обширном, беспристрастном расследовании, имеющем отношение к этому заболеванию».
