Długofalowy związek pomiędzy wczesnymi zaburzeniami ekspresji genów a deficytami w interakcjach społecznych wykazali naukowcy z centrum doskonałości BRAINCITY działającego w Instytucie Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego PAN.
Naukowcy pracujący pod kierunkiem prof. Katarzyny Kality z Laboratorium Neurobiologii w Centrum Badań Plastyczności Neuronalnej i Chorób Mózgu BRAINCITY w Instytucie Nenckiego Polskiej Akademii Nauk pokazali nowy związek pomiędzy zaburzeniami w procesie odczytywania informacji zawartych w genach we wczesnym dzieciństwie a późniejszymi deficytami w zachowaniu społecznym w życiu dorosłym.
Choroby neurorozwojowe należą do złożonej grupy deficytów charakteryzujących się zaburzeniami poznawczymi i społecznymi. Należą do nich m.in. upośledzenie umysłowe, zaburzenia ze spektrum autyzmu, ADHD, czy schizofrenia. Wśród przyczyn ich występowania leżą m.in. nieprawidłowości w regulacji ekspresji genów pojawiające się w trakcie rozwoju układu nerwowego – wyjaśnia dr Matylda Roszkowska.
Zaburzenia w transkrypcji, czyli funkcji genów, a co za tym idzie w syntezie białek, mogą powodować zmiany w liczbie, strukturze i działaniu połączeń pomiędzy komórkami nerwowymi – synaps, a przez to wypływać na jedną z najważniejszych właściwości mózgu – plastyczność.
Co więcej ,należy podkreślić, że nieprawidłowości na poziomie synaps są jedną z cech charakterystycznych chorób neurorozwojowych, przedkładającą się na ich obraz kliniczny, a jednym z ich typowych objawów są tzw. zaburzenia społeczne, obejmujące trudności z wchodzeniem w złożone interakcje z innymi osobnikami w obrębie gatunku – dodaje mgr Anna Krysiak.
Odkrycie neurobiologicznych podstaw zaburzeń interakcji społecznych jest jednym z wyzwań współczesnej nauki.
Brak odpowiednich narzędzi i testów diagnostycznych pozwalających na obiektywną ocenę zachowań osobników w grupie utrudnia zbadanie związku pomiędzy nieprawidłową funkcją genów, a interakcjami społecznymi zwierząt. Zrozumienie mechanizmów prowadzących do pojawienia się deficytów neurorozwojowych jest kluczowe dla rozwoju terapii w przyszłości – podkreśla prof. Katarzyna Kalita.
Naukowcy z BRAINCITY użyli genetycznie zmodyfikowanych zwierząt pozbawionych jednego z kluczowych białek regulujących aktywność genów w mózgu, czyli czynnika transkrypcyjnego – białka SRF (ang. Serum Response Factor), by zbadać związek pomiędzy zmianami w ekspresji genów na wczesnych etapach rozwoju neuronalnego a późniejszymi zaburzeniami w zachowaniu u osobników dorosłych. Zespół wykorzystał w tym celu innowacyjny, stworzony przez zespół prof. Eweliny Knapskiej system Eco – HAB, pozwalający na wiarygodną i wysoce powtarzalną ocenę złożonych zachowań społecznych u myszy, bez ingerencji ze strony badacza w trakcie trwania testu.
Przeprowadzone na gryzoniach badania dowiodły, że obniżenie poziomu białka SRF upośledza zachowania socjalne u samców i samic. Zwierzęta przejawiały objawy fobii społecznej i unikały interakcji z innymi osobnikami w klatce. Zaburzeniom w zachowaniu myszy z wyciszoną ekspresją SRF towarzyszyły zmiany w strukturze i funkcji kolców dendrytycznych, na których zlokalizowana jest większość synaps pobudzających w mózgu. W dalszych eksperymentach prowadzonych w warunkach in vitro potwierdzono, że obniżenie poziomu SRF w trakcie rozwoju komórek nerwowych prowadzi do zaburzeń w neurotransmisji pobudzającej. W neuronach z wyciszoną ekspresją SRF doszło do istotnego spadku poziomu białek będących podjednostkami receptora AMPA, selektywnie aktywowanego przez główny neuroprzekaźnik w mózgu – glutaminian. Równocześnie, opisywanym zmianom towarzyszyło zmniejszenie liczby funkcjonalnych synaps.
Zmiany w strukturze kolców dendrytycznych – zwiększenie liczby niedojrzałych, czyli wydłużonych wypustek oraz towarzyszące im obniżenie zawartości podjednostek receptorów AMPA – świadczyć mogą, iż zależna od SRF regulacja ekspresji genów we wczesnych etapach rozwoju mózgu istotnie wpływa na proces dojrzewania synaps – zaznacza prof. Katarzyna Kalita.
Opisane w pracy zmiany na poziomie molekularnym mogą stanowić jeden z mechanizmów powstawania chorób neurorozwojowych i towarzyszących im zaburzeń w zachowaniu w życiu dorosłym.
Przeprowadzone przez nas badania przybliżają nas do zrozumienia związku pomiędzy ekspresją genów podczas krytycznych etapów rozwoju układu nerwowego a późniejszymi deficytami neurobiologicznymi obserwowanymi w wielu jednostkach chorobowych – podsumowuje prof. Kalita, laureatka programu FNP Homing i Powroty.
Wyniki badań zostały opublikowane w prestiżowym czasopiśmie Cellular and Molecular Life Sciences. BRAINCITY to jedna z 14 Międzynarodowych Agend Badawczych utworzonych dzięki wsparciu Fundacji na rzecz Nauki Polskiej.
MK, źródło: FNP