Гены развития устроили разделение труда: одни тянут задержку развития, другие подталкивают к аутизму

Мозг начинает формироваться ещё до рождения, и этот процесс зависит от точной работы тысяч генов. Учёные смогли подробно проследить, как стволовые клетки превращаются в нейроны и что происходит при сбоях в этом механизме. В ходе работы была выявлена новая причина тяжёлого детского заболевания мозга.

Фото: Анна Маляева is licensed under Рubliс domain

Нейроны мозга

Как гены управляют формированием мозга

Развитие нервной системы начинается с эмбриональных стволовых клеток, которые постепенно специализируются и становятся нейронами. Международная группа учёных использовала технологию CRISPR, поочерёдно отключая почти 20 тысяч генов и наблюдая, как это влияет на развитие клеток мозга. Такой масштабный подход позволил увидеть ключевые этапы нейронной дифференциации.

В результате была составлена карта генов, необходимых для нормального формирования нейронов. Исследователи выявили 331 критически важный ген, многие из которых ранее не связывались с ранним развитием мозга. Эти данные помогают лучше понять природу аутизма, задержки развития и других неврологических нарушений, а также дополняют исследования о том, как продлить работоспособность мозга.

Ген PEDS1 и новое заболевание

Одним из ключевых открытий стал ген PEDS1. Ранее его роль связывали в основном с синтезом плазмогенов — липидов, важных для миелина, защитной оболочки нервных волокон. Однако эксперименты показали, что PEDS1 также необходим для раннего формирования нейронов.

При отключении этого гена нервные клетки развивались неправильно, а размеры мозга уменьшались. Позднее у детей из двух неродственных семей с тяжёлыми нарушениями развития была обнаружена редкая мутация PEDS1. У них наблюдались задержка развития и уменьшение объёма мозга, что подтвердило ключевую роль этого гена у человека.

"Мы создали карту генов, необходимых для развития мозга, систематически нарушая работу почти всего генома", — объясняет профессор Института наук о жизни Еврейского университета Сагив Шифман.

Наследование и типы генов

Исследование показало, что функция гена часто связана с типом наследования заболевания. Гены, управляющие работой других генов, нередко вызывают доминантные нарушения — для их проявления достаточно одной мутации. Метаболические гены, такие как PEDS1, чаще приводят к рецессивным заболеваниям, когда повреждены обе копии гена.

Это понимание важно для генетической диагностики и консультирования, а также помогает лучше ориентироваться в причинах неврологических расстройств, включая состояния, связанные с возрастными изменениями и развитием деменции.

Аутизм и задержка развития

Учёные также создали "карту необходимости", показывающую, на каких этапах развития важны разные гены. Оказалось, что гены, работающие на протяжении всего развития, чаще связаны с задержкой развития. А гены, критичные именно для формирования нейронов, чаще ассоциируются с аутизмом. Это помогает объяснить, почему разные генетические сбои могут приводить к схожим симптомам. Об этом сообщает Nature Neuroscience.

Плюсы и минусы подхода CRISPR

Масштабный CRISPR-скрининг даёт важные преимущества:

• позволяет изучать тысячи генов одновременно;
• формирует целостное понимание развития мозга;
• помогает находить редкие причины заболеваний.

При этом остаются ограничения:

• исследования проводятся в лабораторных моделях;
• клиническое применение требует дополнительной проверки.

Популярные вопросы о генетике развития мозга

Как находят гены, связанные с нарушениями развития?

Используют секвенирование ДНК и сравнение мутаций с научными базами данных.

Можно ли заранее оценить риски?

В ряде случаев — да, особенно при наличии семейной истории заболеваний.

Что важнее — ранняя диагностика или наблюдение?

Ранняя диагностика даёт больше возможностей для поддержки и коррекции развития.