Группа исследователей, в которую входили профессор Университета Кобе ТАКУМИ Тору (также старший научный сотрудник Центра исследований динамики биосистем RIKEN) и доцент ТАМАДА Кота, оба из отдела физиологии Высшей школы медицины, выявила причинный ген ( Necdin, NDN) у мышей с моделью аутизма с хромосомной аномалией, называемой вариацией числа копий.

Исследователи надеются осветить молекулярный механизм гена NDN, чтобы внести свой вклад в создание новых стратегий лечения нарушений развития, включая аутизм.

Эти результаты исследования были опубликованы в Nature Communications 1 июля 2021 г.

Основные моменты

• Исследовательская группа определила Ndn как причинный ген аутизма путем проведения скрининга на основе синаптической экспрессии на животной модели расстройства (15q dup мышь).
• Ген Ndn регулирует развитие синапсов на стадии развития.

Предпосылки исследований

Несмотря на то, что число пациентов с диагнозом аутизм (расстройство аутистического спектра) значительно увеличивалось, многие аспекты этого расстройства развития все еще недостаточно изучены. Его причины делятся на генетические факторы и факторы окружающей среды. В рамках этих генетических факторов у аутичных пациентов были обнаружены определенные вариации числа копий; например, дупликация хромосомы 15q11-q13. Эти аномалии в области 15q11-q13 делятся на случаи хромосомной дупликации от матери и от отца. Понятно, что ген Ube3a управляет материнской хромосомной дупликацией. Однако неизвестно, какой ген является жизненно важным для отцовской дупликации.

Этой исследовательской группе ранее удалось разработать мышиную модель дупликации 15q11-q13 (мышь 15q dup). Используя эту мышиную модель, они идентифицировали многочисленные аномалии в случаях отцовской дупликации хромосом, включая аутизмоподобное поведение и аномалии формирования дендритных шипов. Однако исследователи не смогли определить, какой ген отвечает за поведение, подобное аутизму, потому что эта область содержит множество некодирующих молекул РНК и генов, кодирующих белки.

Методология исследования

У мышей 15q dup имеется большое количество генов, поскольку дупликация распространяется на область 6Mb. Предыдущие исследования показали, что отклонения в поведении не были вызваны материнской дупликацией хромосом, поэтому было исключено около 2 МБ. Что касается оставшихся 4 Мб, исследователи сначала создали новую модель мыши с дупликацией 1,5 Мб и исследовали аномалии поведения. По результатам они не смогли идентифицировать какие-либо аутистические поведенческие аномалии у мышей с дупликацией 1,5 Мбайт. Следовательно, исследователи исключили эти 1,5 МБ, оставив им три гена, кодирующих белок, в качестве возможных кандидатов.

Затем эти три гена были индивидуально введены в кору головного мозга мышей посредством электропорации in utero . Исследователи измерили скорость оборота позвоночника (образование и устранение дендритных шипов в течение 2-дневного периода) in vivo с помощью двухфотонного микроскопа и обнаружили, что количество шипов резко увеличилось, когда был введен ген Ndn. Кроме того, морфологическая классификация этих шипов показала, что большинство из них были незрелыми. Это показывает, что ген Ndn регулирует формирование и созревание дендритных шипов на стадии развития.

Используя CRISPR-Cas9, исследователи впоследствии удалили одну копию гена Ndn из модели мышей 15q dup, чтобы получить мышей с нормализованным числом геномных копий для этого гена (мышь 15q dupΔNdn). Используя эту модель, они продемонстрировали, что аномалии, наблюдаемые у мышей 15q dup (аномальная скорость оборота позвоночника и снижение тормозящего синаптического входа), могут быть улучшены.

Наконец, исследователи исследовали, проявлялось ли ранее наблюдаемое аутизмоподобное поведение у мышей 15q dup (включая повышенную тревожность в новой среде, снижение общительности и усиление персеверации) у мышей 15q dupΔNdn. Они показали, что в большинстве результатов поведенческих тестов мышей 15q dupΔNdn аномальное поведение, связанное с общительностью и персеверацией, улучшалось

.

Дальнейшие исследования

Это исследование показало, что у мышей с моделью аутизма 15q dup ген NDN не только играет важную роль в аутистическом поведении, но также влияет на такие аспекты, как дисбаланс возбуждения / торможения в синаптической динамике и коре головного мозга. Затем исследовательская группа надеется выяснить функции гена NDN. Искусственно регулируя эти функции или выявляя и контролируя их подчиненные факторы, исследователи надеются понять механизм возникновения нарушений развития, таких как аутизм, и разработать новые стратегии лечения.