Группа Дайаны Шао, детского нейрогенетика из Бостонской детской больницы, изучила мозг умерших людей — от плодов на 14-й неделе беременности до девяностолетних. Исследователей интересовали нейроны коры больших полушарий, отвечающей за память, обучение и сознание. Геном каждой клетки секвенировали отдельно, отыскивая вариации числа копий — участки хромосом, которые были утрачены или, наоборот, продублированы.
Перед рождением мозг ребенка избавляется от миллиардов нейронов с поврежденным геномом
Около момента рождения развивающийся человеческий мозг проводит масштабную чистку: из коры исчезает огромное число нейронов, в которых часть хромосом утрачена или удвоена. К такому выводу пришли исследователи, проанализировавшие геномы более 2300 отдельных нервных клеток. Работа описывает новый механизм контроля качества нейронов и дает новое представление о природе аутизма и эпилепсии.
Новорожденный. https://mcpress.mayoclinic.org/
Очистка мозга. То, что нервная система производит нейроны с запасом, а потом избавляется от лишних, не нова. В 1940-х годах Виктор Гамбургер и Рита Леви-Монтальчини показали на куриных эмбрионах, что значительная часть нейронов гибнет еще до вылупления, а выживание зависит от тканей, которые они иннервируют. Поиск этого сигнала привел Леви-Монтальчини к открытию фактора роста нервов и Нобелевской премии 1986 года.
Результат оказался ошеломляющим: у плодов более четверти нейронов (а это миллиарды клеток) несли множественные хромосомные нарушения. Авторы годами не верили в эти данные и повторили эксперимент другим методом одноклеточного секвенирования, но картина не изменилась. После рождения доля аномальных нейронов падала более чем вчетверо, примерно до 6%: дефектные клетки отбраковываются. Работа опубликована в журнале Nature.
Нейрон (в центре), встроенный в нейронную сеть.
Продолжение ниже
Видео
Продолжение
Как заметил не участвовавший в работе невролог Христос Проукакис из Университетского колледжа Лондона, выживают, по-видимому, те нейроны, которым удалось сохранить геном наиболее целым. Как мозг узнает плохие клетки? Подсказку дает то, что в нейронах с множеством вариаций нарушена работа генов, ответственных за образование синапсов. Нейробиолог Оскар Марин из Королевского колледжа Лондона допускает, что мозг избавляется от клеток, плохо встроенных в сеть, даже если их геном в порядке.
Ошибка отбраковки
Обзор схемы исследования метода scWGS, определения числа копий и последующих анализов.
Наталья Де Марко Гарсия из Медицинского колледжа Вейл Корнелл считает, что такая система регулирует и число, и качество нейронов, а ее сбой может вести к болезни. Мозгу может не хватить клеток для нормальной работы, или, напротив, в нем останется слишком много неудаленных и нефункциональных нейронов. Пострадает сама схема связей.
Шао собирается искать связь этого механизма с нарушениями нейроразвития, прежде всего с расстройствами аутистического спектра: генетические исследования уже указывали, что вариации числа копий могут играть роль в некоторых случаях. Проукакис хотел бы увидеть такой анализ для других типов нейронов, например дофаминергических, гибель которых связана с болезнью Паркинсона. По его словам, работа новаторская, но пока ученые лишь немного «поцарапали» поверхность.
Загружаем