Производство, высвобождение, инактивация и сигнализация дофамина жёстко регулируются мозгом с помощью множества генов. Исследователи продолжают изучать их связь с заболеваниями человека.

К расстройствам мозга, связанным с изменением дофаминовой сигнализации, относятся наркомания, синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ), аутизм, биполярное расстройство, шизофрения и болезнь Паркинсона.

Исследователи изучают дофаминовые расстройства на более простых организмах. Гены этих организмов похожи на человеческие, а болезни можно исследовать эффективно и недорого.

Исследователи из Атлантического университета Флориды использовали червей Caenorhabditis elegans, чтобы найти новые элементы дофаминовой системы. Они применили платформу Million Mutation Project (MMP), которая позволяет быстро находить мутантные гены по их влиянию на организм.

В MMP есть коллекция из 2 007 штаммов червей с искусственно вызванными мутациями в генах. Геномы всех штаммов полностью расшифрованы и доступны онлайн. Все штаммы можно использовать для исследований. Всего в коллекции MMP более 800 000 генетических изменений. В среднем у каждого гена в геноме червя есть около восьми мутаций, которые меняют производимый белок. Это позволяет связать нарушения в работе генов с изменениями в организме и поведении.

Мы обратились к C. elegans, чтобы лучше понять генетические, молекулярные и клеточные основы нейронной сигнализации. Это оказалось эффективнее, чем на моделях грызунов, — говорит Рэнди Д. Блейкли, старший автор и профессор.

Оказалось, что белки, которые регулируют дофамин у C. elegans, почти не изменились в ходе эволюции. Поэтому данные, полученные от более простого организма, могут помочь понять связанные с дофамином расстройства или найти способы их лечения.

Почти 20 лет назад команда Блейкли обнаружила, что если нарушить дофаминовую систему у червей, они перестают двигаться через несколько минут после помещения в воду. В норме черви могут барахтаться больше часа.

Чтобы найти новые гены, связанные с дофаминовой системой, Осама Рефаи, Питер Родригес-младший и Зайна Гичи из лаборатории Блейкли проверили 300 линий червей в коллекции MMP. Они искали тех, у кого было поведение Swip.

С помощью блокатора дофаминовых рецепторов они убедились, что причиной паралича был избыток дофамина. Затем они определили ген, изменение которого вызывало паралич.

В журнале Journal of Neurochemistry были опубликованы результаты этой работы. Они включают новые мутации в гене червя, который кодирует дофаминовый транспортёр (DAT-1). Этот ген отвечает за удаление дофамина из синапсов после высвобождения и ранее использовался для идентификации фенотипа Swip.

Блейкли говорит, что хотя обнаружение мутаций в уже известном гене DAT-1 не достигло цели исследования, это открытие подтвердило эффективность скрининга и указало на возможность новых открытий в мутировавшем геноме других линий Swip.

Скрининг Swip позволил обнаружить ген, мутация которого вызывает Swip у червей и людей. Эта мутация также приводит к редкому генетическому заболеванию — синдрому Барде — Бидля (BBS).

Мутации в BBS происходят в нескольких белках, которые вместе образуют крупный белковый комплекс BBSome. Команда Блейкли выяснила, что мутации во всех гомологах BBSome вызывают Swip.

Известно, что комплекс белков BBSome переносит белки и липиды внутри клетки и участвует в работе первичных ресничек — волосовидных отростков на поверхности многих клеток. Первичные реснички дофаминовых нейронов позволяют червям ощущать окружающий мир на ощупь.

Недавно учёные выяснили, что у большинства нейронов в мозге млекопитающих есть первичные реснички, которые регулируют клеточную сигнализацию. По мнению Блейкли, белки BBSome помогают формировать на этих выступах каналы и рецепторы, которые важны для клеточной сигнализации.

Блейкли: Наши результаты показывают, что если у червя не будет работать ген BBS-1 в дофаминовых нейронах, то нейротрансмиттер подавит двигательные нейроны, которые контролируют движения. Один из возможных механизмов — это роль BBS-1 и других белков BBSome. Они сопровождают белок, который кодируется dat-1, на поверхность клетки. Так поддерживается низкий уровень внеклеточного дофамина, и движение не прекращается полностью.

В прошлом исследовании мы нашли ещё один ген, мутация которого действует так же. Мы обнаружили, что сверхэкспрессия этого гена в нашем мутанте BBS-1 восстанавливает нормальное плавательное поведение.

Раньше Блейкли и его команда использовали химический мутагенез, чтобы изменять геном червей и находить мутантов Swip. Но на это уходило более шести месяцев — нужно было найти единственное изменение ДНК среди миллионов других в геноме червя.

Блейкли говорит, что подход, основанный на MMP, позволил значительно ускорить процесс. Вместо того чтобы составлять карты и последовательности для выявления мутаций в штамме, они могут просто найти известные мутации в линии, а затем быстро проверить конкретные гены-кандидаты.

С помощью коллекции MMP учёные проверили более 23 000 однонуклеотидных мутаций в 300 штаммах и определили гены-кандидаты за несколько дней.

Сначала исследователи изучили около 15% библиотеки MMP и нашли 10 штаммов, из которых девять сейчас проверяют на новые гены.

Блейкли считает, что исследования белков BBSome, которые регулируют дофаминовый транспортёр, могут привести к новым методам лечения расстройств, связанных с изменением дофаминовой сигнализации.