Но новые открытия, о которых сообщила международная группа ученых, могут помочь объяснить, что происходит в развивающемся мозге младенцев, еще находящихся в утробе матери, из-за чего они рождаются с маленьким мозгом и головкой.Полученные данные также могут помочь ученым, которые отчаянно пытаются выяснить, почему вирус Зика вызывает ту же проблему у некоторых детей, рожденных от матерей, которые заразились вирусом от укуса комара.
В двух новых статьях в Американском журнале генетики человека исследователи сообщают о новых выводах о ключевом белке, участвующем в процессе генерации множества новых клеток, необходимых для построения мозга нормального размера. Хотя новые исследования не касались микроцефалии, связанной с вирусом Зика, они могут дать подсказки, которые другие ученые могут использовать для изучения того, как вирус Зика нарушает развитие мозга.Стефани Биелас, доктор философии, доцент кафедры генетики человека медицинского факультета Мичиганского университета, которая помогла провести новое исследование, говорит, что результаты также дают представление о том, что требуется для нормального развития мозга.«Мы так многого не понимаем в развитии человеческого мозга, что только начинаем открывать», — говорит она. «Это показывает разрушительное воздействие прерывания клеточной биологии, критически важной для этого процесса».
Прерванное деление клетокОбе новые статьи посвящены роли цитронкиназы, белка, важного в процессе митоза, когда одна клетка делится на две. Деление клеток — это основа нормального роста и развития.CIT, как сокращенно называют белок, помогает на заключительных стадиях деления клеток, разделяющих две «дочерние» клетки, называемых цитокинезом.
Именно тогда две новые клетки, каждая со своей собственной копией ДНК из исходной «родительской» клетки, разрывают связи между собой.Несколько лет назад исследования на животных показали, что проблемы с геном, который содержит инструкции по созданию животной формы цитронкиназы, могут привести к микроцефалии. Но до сих пор эта связь не была доказана на людях.
Теперь исследователи говорят, что CIT имеет решающее значение для построения человеческого мозга нормального размера.Чтобы сделать это открытие, исследователи обратились к семьям из Египта, Франции и Турции, у которых был один или несколько детей с микроцефалией. Некоторые из них умерли вскоре после рождения, у других развились умственные нарушения в результате слишком маленького мозга.
Изучение генов и тканей мозга этих младенцев позволило понять важность CIT и проблемы, возникающие при мутации гена CIT. В то время как нормальные клетки мозга имеют только одно ядро - мешочек, содержащий ДНК и другие важные структуры, — многие клетки в микроцефальной ткани мозга имеют несколько ядер. Это говорит о том, что что-то случилось, что помешало правильному делению новых клеток.
Стволовые клетки помогают поискуДругой инструмент помог исследователям продвинуться еще дальше: стволовые клетки. С разрешения родителей они получили клетки кожи у выживших детей и использовали относительно новые методы для преобразования их в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК).
Это, по сути, поворачивает часы на клетках вспять, позволяя им развиваться практически в любой тип клеток.Затем исследователи вырастили ИПСК в особых условиях, которые побудили их развиться в нейральные клетки-предшественники — клетки, которые в развивающемся эмбрионе быстро растут и делятся, чтобы стать мозгом будущего ребенка.
«Сейчас есть много доказательств того, что при микроцефалии недостаточно нейронных клеток-предшественников для построения мозга нормального размера», — говорит Биелас. «Поскольку клетки, которые формируют структуры мозга и развиваются в различные типы клеток, рождаются из этого пула активно делящихся клеток. Этот аспект развития человеческого мозга является ключевым вопросом для изучения».Биелас отмечает, что изучение редких спонтанных случаев микроцефалии — например, в семьях, принимавших участие в исследовании — дает возможность идентифицировать гены, важные для развития мозга, и понять влияние вредных небольших генетических мутаций.«Часто в генетике мы идентифицируем, казалось бы, неясные гены как генетическую основу расстройств; мы не знаем, что они делают, где и когда они активны», — отмечает она. «Но в случае цитронкиназы мы знали, что мутация в гене сделала на животных моделях.
Эти недавно опубликованные результаты подтверждают, что мутации CIT не только связаны с тяжелой микроцефалией у людей, но также связаны с гладким, развернутым мозгом. поверхность — состояние, известное как лиссэнцефалия, которое обычно не наблюдается при заболеваниях головного мозга, связанных в первую очередь с дефектами митоза нервных клеток-предшественников ».Бьелас и ее коллеги сейчас выращивают «органоиды» мозга — клубочки мозговой ткани, выращенные из ИПСК или человеческих эмбриональных стволовых клеток с отредактированными генами — для дальнейшего изучения этого вопроса.
Есть надежда, что, изучая происхождение микроцефалии в человеческих клетках, имитирующих развивающийся мозг, они смогут более четко увидеть, что может происходить в развитии человеческого мозга, чего нельзя было бы обнаружить на животных моделях. Некоторые исследователи вируса Зика также используют эту многообещающую модельную систему для изучения воздействия вируса на клетки-предшественники нейронов человека.Биелас также ищет больше семей, чьи дети родились с микроцефалией, не связанной с вирусом Зика, чтобы предоставить образцы кожи и ДНК, которые могут дать еще больше подсказок о происхождении этого заболевания. «Нам нужно знать, как гены микроцефалии способствуют такому серьезному заболеванию человека», — говорит Биелас. «Это загадка.
Итак, давайте разберемся».Исследование финансировалось Национальным институтом здравоохранения (HD069624) и несколькими источниками финансирования во Франции.
Полные списки авторов и источников финансирования доступны по ссылкам ниже.