Ученые обнаружили, что восстановление дефицитной молекулы в мозге взрослых мышей с синдромом Дауна привело к перестройке нарушенных нейронных цепей, открывая неожиданный путь к улучшению мозговой деятельности на более поздних этапах жизни. Эти результаты указывают на то, что сбои в работе мозга при синдроме Дауна могут быть связаны с нехваткой специфической молекулы — плеиотрофина, — которая критически важна для развития и правильного функционирования нервной системы.
Возвращение этой молекулы может поддержать функции мозга не только при синдроме Дауна, но и при других неврологических состояниях, возможно, даже в зрелом возрасте. Работа проводилась на лабораторных мышах, поэтому до применения в лечении людей еще далеко. Тем не менее, исследователи выяснили, что введение плеиотрофина улучшило функции мозга у взрослых мышей уже после полного формирования органа. Это дает потенциальное преимущество по сравнению с ранними стратегиями, направленными на укрепление связанных с синдромом Дауна мозговых цепей, которые требовали бы воздействия в очень узкие временные рамки беременности.
«Это исследование очень вдохновляет, поскольку оно служит доказательством концепции, согласно которой мы можем воздействовать на астроциты — тип клеток мозга, специализирующихся на секреции молекул, модулирующих синапсы, — чтобы перестраивать мозговую цепь во взрослом возрасте», — отмечает исследователь Эшли Н. Брандебура, ранее участвовавшая в работе в Институте биологических исследований Солка, а теперь работающая в Медицинской школе Университета Вирджинии. «Хотя до применения у людей еще далеко, это дает нам надежду, что секретируемые молекулы могут быть доставлены с помощью эффективной генной терапии или, возможно, инфузий белка для улучшения качества жизни при синдроме Дауна».
Синдром Дауна, возникающий из-за ошибки в делении клеток на ранних стадиях развития, затрагивает примерно одного из 640 новорожденных ежегодно в США. Он ассоциируется с задержками в развитии, гиперактивностью, сокращением продолжительности жизни и повышенным риском проблем со здоровьем, включая пороки сердца, проблемы со щитовидной железой, а также нарушения слуха или зрения.
Ученые Института Солка под руководством доктора Николы Дж. Аллен приступили к изучению причин синдрома Дауна, исследуя белки внутри клеток мозга в моделях заболевания у мышей. Они сосредоточились на плеиотрофине, поскольку он обычно присутствует в высоких концентрациях на ключевых этапах развития мозга и играет важную роль в формировании синапсов — связей между нервными клетками, — а также в формировании аксонов и дендритов, которые помогают нейронам передавать и принимать сигналы. Исследователи также заметили, что уровни плеиотрофина снижены при синдроме Дауна.
Чтобы проверить, может ли восстановление плеиотрофина улучшить функцию мозга, команда использовала модифицированные вирусы, так называемые вирусные векторы, для доставки молекулы в нужную область. Вирусы часто ассоциируются с болезнями, но ученые могут модифицировать их таким образом, чтобы они не вызывали заболевания, а вместо этого несли полезный материал. В этом случае вирус был лишен вредных компонентов и загружен полезным грузом — плеиотрофином, — чтобы он мог доставлять молекулу непосредственно в клетки.
Ученые сообщили, что доставка плеиотрофина астроцитам, основному типу клеток мозга, привела к значительным изменениям. Среди прочего, увеличилось количество синапсов в гиппокампе — области, участвующей в обучении и памяти. Команда также наблюдала увеличение «пластичности» мозга – способности создавать или корректировать связи, поддерживающие обучение и память. «Эти результаты показывают, что мы можем использовать астроциты в качестве векторов для доставки молекул, индуцирующих пластичность, в мозг», — утверждает Аллен. «Это однажды может позволить нам перестраивать неправильные связи и улучшать работу мозга».
Исследователи подчеркивают, что плеиотрофин вряд ли является единственной причиной проблем с цепями при синдроме Дауна. По их мнению, требуется дополнительная работа для понимания множества задействованных факторов. Тем не менее, они утверждают, что полученные результаты демонстрируют саму работоспособность подхода и что он в конечном итоге может помочь не только при синдроме Дауна, но и при других неврологических заболеваниях. «Идея о том, что астроциты могут доставлять молекулы для индукции пластичности мозга, имеет значение для многих неврологических расстройств, включая другие нарушения нейроразвития, такие как синдром ломкой Х-хромосомы, а также, возможно, для нейродегенеративных расстройств, таких как болезнь Альцгеймера», – добавляет Брандебура. «Если мы сможем понять, как «перепрограммировать» нарушенные астроциты для доставки синаптогенных молекул, мы сможем оказать чрезвычайно благотворное влияние при многих различных заболеваниях».
Результаты исследования были опубликованы в журнале Cell Reports. Статья находится в открытом доступе. В исследовательскую группу вошли Брандебура, Адриен Паумье, Куинн Н. Асбелл, Тао Тао, Мариэль Кристине Б. Микаэль, Шерлин Санчес и Аллен. Ученые не сообщили о финансовых интересах в данной работе. Поддержка была оказана Инициативой Чана Цукерберга и Национальным институтом неврологических расстройств и инсульта Национальных институтов здравоохранения, грант F32NS117776.
