Это открытие не только помогает понять, как формируются нейронные связи, но и может объяснить причины некоторых неврологических и психических расстройств.

Исследованием руководил Ким Ынджун, директор Центра синаптических дисфункций мозга. Его команда сосредоточилась на белке PTPδ — молекуле, которая помогает нейронам формировать синапсы, точки контакта между клетками мозга. Уже известно, что нарушения в PTPδ связаны с аутизмом, СДВГ, ОКР и синдромом беспокойных ног. Но теперь ученые изучили ранее неизвестный элемент — микроэкзон B.

Этот крошечный фрагмент длиной всего четыре аминокислоты появляется благодаря альтернативному сплайсингу — процессу, при котором клетка «редактирует» генетическую информацию, слегка меняя структуру белка. Оказалось, микроэкзон B играет огромную роль в развитии мозга и поведении.

Результаты опубликованы в издании Nature Communications.

Что происходит, если убрать фрагмент

У мышей, у которых полностью удалили микроэкзон B, выживаемость после рождения оказалась ниже 30%. Это говорит о том, что без него мозг просто не может нормально развиваться. Те же, у кого осталась одна копия гена, доживали до взрослого возраста, но вели себя иначе: проявляли тревожность, меньше двигались.

Записи активности их мозга показали дисбаланс: нейроны, отвечающие за обработку информации, получали слабые сигналы, а клетки, которые должны тормозить избыточную активность, наоборот, активировались сильнее. Такой разбаланс — типичный признак многих психических и неврологических расстройств.

Почему это важно

Ученые выяснили, что PTPδ взаимодействует с белком IL1RAP, но только если в нем есть микроэкзон B. Без него этот «молекулярный замок» не работает, и процесс формирования синапсов нарушается. Причем этот механизм зависит от типа нейронов — вот почему удаление микроэкзона влияет на одни участки мозга сильнее, чем на другие.

Даже такой маленький элемент может перекосить работу нейронных цепей, — говорит Ким Ынджун. — Это лишнее напоминание: ошибки в сплайсинге могут иметь серьезные последствия.

Это первое исследование, которое показало роль микроэкзона B в живом организме. Учитывая, что нарушения в сплайсинге микроэкзонов все чаще связывают с психическими расстройствами, работа дает важную подсказку: возможно, именно такие мельчайшие «опечатки» в ДНК лежат в основе аутизма или СДВГ.

В будущем это знание может помочь создать терапии, которые исправят ошибки в сплайсинге или восстановят баланс в работе синапсов.

Это исследование — шаг к пониманию того, как мельчайшие изменения в ДНК влияют на мозг. Оно:

• Объясняет механизм — показывает, как четыре аминокислоты могут определять работу нейронов.
• Связывает генетику и психиатрию — дает конкретный пример, почему «поломки» в генах приводят к расстройствам вроде аутизма.
• Открывает путь к терапиям — если понять, как регулировать сплайсинг, можно попытаться исправить дисбаланс.

Хотя работа впечатляет, остается вопрос: насколько точно мышиная модель отражает процессы в человеческом мозге? У людей PTPδ и его взаимодействия могут быть сложнее. Кроме того, пока неясно, можно ли безопасно вмешаться в этот механизм у взрослых, а не только на этапе развития.

Ранее ученые заявили, что звуки начинают влиять на развитие мозга раньше, чем считалось.