Ученые из Исследовательского института больницы Дель Мар и Йельского университета совершили открытие, которое меняет наше представление о развитии мозга. Оказывается, корни таких разных заболеваний, как аутизм, депрессия, болезнь Альцгеймера или Паркинсона, могут скрываться в самых первых стадиях формирования мозга у эмбриона, гораздо раньше, чем кто-либо предполагал.

Подробности опубликованы в издании Nature Communications.

Мы искали истоки психических заболеваний на самых ранних этапах развития плода, особенно в стволовых клетках мозга, — поясняет доктор Габриэль Сантпере, координатор исследования.

Ученые взяли за основу список из почти 3000 генов, связанных с:

• Нейропсихиатрическими болезнями (аутизм, шизофрения, биполярное расстройство).
• Нейродегенеративными заболеваниями (Альцгеймер, Паркинсон).
• Различными пороками развития коры мозга.

Затем они смоделировали, как сбой в работе этих генов повлияет на клетки-строители нашего мозга. Результат оказался поразительным: многие из этих генов уже активны в стволовых клетках, которые создают весь мозг, производя нейроны и поддерживающие их структуры.

Изучить этот ранний период невероятно сложно. Поэтому команда объединила данные, полученные при изучении мозга человека и мыши, а также эксперименты с клеточными культурами в пробирке.

Обычно ученые исследуют гены психических заболеваний у взрослых, — говорит доктор Никола Микали, соавтор работы, — но мы обнаружили, что многие из этих генов уже работают на старте формирования мозга плода. Их нарушение может повлиять на все развитие и предопределить проблемы в будущем.

Ученые создали модель, чтобы увидеть, как «включение» или „выключение“ проблемных генов сказывается на клетках-предшественниках. Это позволило определить важность каждого гена в возникновении конкретного недуга.

Мы охватили широкий спектр возможных проблем мозга и посмотрели, как ведут себя гены, связанные с этими состояниями, в нервных стволовых клетках, — добавляет исследователь Хоэль Мато-Бланко.

Главное — работа определяет «окна времени» и типы клеток, где действие генов наиболее критично. То есть, она показывает, куда и когда нужно целиться.

Обладать такой информацией — значит понимать саму природу болезней коры головного мозга. Как генетическая поломка превращается в конкретное заболевание. Это знание открывает путь к созданию целевых терапий, включая генную терапию и персонализированное лечение.

Реальная польза этого исследования — фундаментальна. Оно смещает фокус с лечения последствий на предотвращение причин. Если мы точно знаем, что «поломка» в гене Х в период с 5-й по 7-ю неделю развития эмбриона в клетках типа Y ведет к высокому риску шизофрении, это открывает три пути:

1. Диагностика: Мы можем создавать методы ранней (в том числе пренатальной) диагностики групп риска.
2. Профилактика: Понимая биологический механизм, можно разрабатывать препараты или методы коррекции, которые будут «сглаживать» последствия генетического дефекта именно в этот критический период.
3. Новые мишени для терапии: Многие гены, активные на ранней стадии, «засыпают» во взрослом мозге. Но их ранняя роль определяет его будущую уязвимость. Значит, мы можем искать способы укрепить мозг уже во взрослом возрасте, воздействуя на связанные с ними биохимические пути.

Основное замечание касается методологии. Исследование в значительной степени опирается на компьютерное моделирование и данные, полученные на модельных организмах (мыши) и in vitro. Хотя эти подходы чрезвычайно мощны, они не могут в полной мере воспроизвести всю сложность развития человеческого мозга in vivo. Между эмбриональным развитием мыши и человека есть ключевые различия, и клеточные культуры не формируют полноценный трехмерный мозг. Поэтому выводы требуют дальнейшей валидации на более сложных моделях, например, с использованием органоидов человеческого мозга (мини-органов), которые лучше имитируют раннее развитие.

Ранее ученые обнаружили связь между шизофренией и болезнью сердца.