Исследование может объяснить, среди прочего, как инфицирование матери цитомегаловирусом (ЦМВ) во время беременности, которое влияет на ее собственную иммунную систему и ее иммунную систему, увеличивает риск того, что у ее потомства разовьется аутизм или шизофрения, иногда годы спустя. Этот повышенный риск заболеваний нервной системы был обнаружен много лет назад в эпидемиологических исследованиях и подтвержден на моделях на мышах. Исследование Вейцмана, проведенное доктором Идо Амитом и профессором Михалом Шварцем из отделов иммунологии и нейробиологии, соответственно, дает возможное объяснение этого увеличения на клеточном и механистическом молекулярном уровнях.«Предыдущие исследования показали, что время нарушения иммунной системы матери во время беременности влияет на тип повреждения мозга, которое может развиться у ее ребенка.
Например, вирусная инфекция на ранних сроках беременности повышает риск аутизма, тогда как инфекция на более поздних сроках беременность повышает риск шизофрении », — сказал Амит. «Мы решили изучить механизмы, лежащие в основе этих явлений, уделяя особое внимание роли иммунной системы в развитии мозга».Орит Маткович-Натан, аспирантка лабораторий Амита и Шварца, а также другие члены двух команд изучали единственные иммунные клетки, присутствующие в головном мозге — микроглию, которые способствуют развитию и поддержанию мозга.
Ученые обнаружили, что развитие этих клеток у зародыша мыши и у новорожденных мышей проходит в три отдельные стадии, параллельные стадиям развивающегося мозга: ранние клетки, которые населяют мозг эмбриона вскоре после его зарождения, пре-микроглии и взрослые. клетки. Путем скрининга геномов этих клеток и их всестороннего тестирования ученые смогли определить каждую стадию с точки зрения ее активированных генов, их механизмов контроля и эпигенетических характеристик, то есть активации белков, которые «упаковывают» ДНК и влияют на нее. экспрессия генов в процессе развития. Ученые также охарактеризовали функции некоторых из этих генов в микроглии, что способствовало более глубокому пониманию процессов развития.
Вторая стадия — стадия пре-микроглии — оказалась наиболее чувствительной к нарушениям. Эта стадия происходит незадолго до рождения и вскоре после этого, как раз тогда, когда развивающийся мозг подвергается жизненно важному процессу «обрезки», в ходе которого неуместные синапсы между нейронами обрываются. Премикроглия играет важную роль в сокращении, помогая удалить лишние нейронные сети, а также формировать и укреплять связи между оставшимися нейронами.
Когда ученые подвергли мозг беременных мышей воздействию синтетических материалов, имитирующих ЦМВ-инфекцию, они обнаружили, что у их потомков было нарушено развитие пре-микроглии. Гены, участвующие в созревании этих клеток, экспрессировались в неподходящее время, и клетки переходили во взрослую стадию раньше, чем обычно. Потомство позже показало ненормальное поведение, в том числе нарушения в социальном взаимодействии и поведение, подобное поведению людей с шизофренией.«Мы обнаружили, что для развития иммунных клеток в головном мозге важно быть синхронизированным с развитием самого мозга», — говорит Шварц. «Преждевременный сдвиг микроглии у мышей во взрослую стадию позже приводит к нарушению работы мозга».
Хотя эти результаты были получены на мышах, ученые предполагают, что нарушение координации между развитием микроглии и мозга способствует повышенному риску таких нарушений нервного развития, как аутизм и шизофрения, у людей. Ученые считают, что усиленный иммунный ответ на вирусную инфекцию в организме матери может быть причиной нарушения сроков развития микроглии.
«Наше исследование проложило путь к изучению воздействия других вирусов на иммунную систему матери в целом и на развитие мозга ее потомства. Оно также может способствовать изучению нарушений развития нервной системы и их связи с иммунной системой», — говорит Орит Маткович. -Натан.В еще одной серии экспериментов ученые Вейцмана установили связь между развитием микроглии в мозге мышей и кишечными микробами — микробиомом. Они обнаружили, что у новорожденных мышей, свободных от каких-либо микробов, созревание микроглии задерживалось.
Это открытие предполагает, что у человеческих младенцев факторы, которые формируют микробиом — естественные, такие как грудное вскармливание, или терапевтические, такие как антибиотики, — могут влиять на иммунные клетки в головном мозге ребенка и, следовательно, на его развитие. До сих пор неизвестно, насколько это исследование, проведенное на мышах, актуально для людей, но ученые надеются, что более глубокое понимание этого процесса может в будущем помочь предотвратить определенные неврологические расстройства у младенцев, вызванные нарушениями в иммунной системе матери. .В исследовании приняли участие д-р Дебора Р. Винтер, Амир Гилади, Эял Давид и д-р Хадас Керен-Шауль, а также д-р Эран Элинав и Кристоф Тайсс из отделения иммунологии, а также Хила Бен-Иегуда, Мерав Коэн и Доктор Кути Барух из отделения нейробиологии.
Маткович-Натан и Амит Спинрад, тоже аспирант, принадлежали к обоим факультетам. Среди участников исследования также был профессор Майкл Х. Сивеке из Национального центра научных исследований, Франция.