В развивающемся мозге ученые находят корни психоневрологических заболеваний

В развивающемся мозге ученые находят корни психоневрологических заболеваний

Самый всесторонний геномный анализ человеческого мозга, когда-либо проводившийся, позволил по-новому взглянуть на изменения, которым он претерпевает в процессе развития, на то, как он меняется у разных людей, и на корни психоневрологических заболеваний, таких как расстройства аутистического спектра и шизофрения.

Мультиинституциональный анализ почти 2000 мозгов объединяет сложную хореографию развития и функций мозга и был опубликован в декабре. 14 из 11 исследований, опубликованных в специальном выпуске журнала Science и двух родственных публикациях.

Четыре крупных исследования были инициированы исследователями различных дисциплин из Йельского университета, который возглавляет амбициозную инициативу свадебной нейробиологии и науки о данных. Исследовательские работы под руководством Йельского университета иллюстрируют множество новых инструментов, которые ученые из 15 институтов используют для поиска молекулярной основы психоневрологических заболеваний – цель Консорциума PsychENCODE, основанного в 2015 году Национальными институтами здравоохранения.

Огромный объем данных, собранных об активности отдельных генов и регуляторных сетей, которые контролируют их в ходе разработки, позволил специалистам по обработке данных оценить риск таких заболеваний, как шизофрения и биполярное расстройство, с точностью до шести раз большей, чем при традиционном анализе. известные варианты генетического риска, согласно исследованию, возглавляемому Марком Герштейном, профессором биомедицинской информатики Йельского университета Альберта Уильямса; профессор молекулярной биофизики & биохимия, информатика и статистика & наука о данных; и соавтор двух основных научных работ.

Исследователи также обнаружили, что эти варианты риска могут влиять на функцию генов на очень ранних этапах развития и в течение всей жизни, но имеют больше шансов проявиться в виде симптомов, поскольку они образуют отдельные группы или модули на разных этапах развития.

Результаты лаборатории Ненада Сестана из Йельского университета объясняют, почему риск развития многих психоневрологических заболеваний, таких как аутизм и шизофрения, может со временем меняться. Сестан – профессор нейробиологии, сравнительной медицины, генетики и психиатрии, а также автор-корреспондент или соавтор двух основных научных работ,

Здоровое развитие мозга и неврологическая функция зависят от точной регуляции экспрессии генов, которая существенно варьируется в зависимости от региона и типа клеток в человеческом мозге. Лаборатория Сестана обнаружила, что различия в типах клеток между 16 областями человеческого мозга во время развития могут быть ключевым фактором, определяющим, приводит ли генетический риск к психоневрологическому расстройству.

Они также обнаружили, что наибольшие различия в типах клеток и активности экспрессии генов происходят на ранних этапах внутриутробного развития, снижаются на поздних сроках беременности и в раннем детстве и снова начинают увеличиваться в раннем подростковом возрасте. Этот "чашеобразный" модель развития характерна для макак-резусов, приматов, тесно связанных с людьми. Более того, то же исследование, проведенное лабораторией Сестана, также выявило особенности развития мозга, которые различаются у людей и макак, в том числе уникальные сигнатуры экспрессии генов человека в позднем детстве.

Исследователи обнаружили, что именно в эти периоды величайших изменений в развитии гены восприимчивости к риску имеют тенденцию формировать отдельные сети или модули в определенных областях мозга. Модули, связанные с аутизмом, как правило, формируются на раннем этапе развития, а модули, связанные с шизофренией, а также с IQ и невротизмом, как правило, формируются в более позднем возрасте. Это может объяснить, почему психоневрологические расстройства, такие как аутизм, появляются в раннем детстве, а шизофрения – в раннем взрослом возрасте, говорят исследователи. вариации.

Исследователи сообщают, что молекулярные события, которые приводят к психоневрологическим расстройствам, могут предшествовать появлению симптомов на месяцы или даже годы.

"Факторы риска заболевания присутствуют всегда, но они не одинаково проявляются во времени и пространстве," Сестан сказал.

Изменения в мозге отслеживались в живой системе, которую использовала лаборатория Флоры Ваккарино, профессора Йельского университета Харриса в Центре изучения детей и профессора кафедры нейробиологии, соавтора одной из важнейших научных статей. Исследователи уговорили стволовые клетки человека, полученные из тканей отдельных людей, превратиться в органоиды головного мозга, совокупность типов нервных клеток, имитирующих в культуре клеток раннюю стадию развития человеческого мозга. Органоиды повторили развитие человеческого мозга в первом триместре, когда нервные стволовые клетки начали дифференцироваться во множество типов нейронов, составляющих мозг. Эта система позволила исследователям идентифицировать и проследить с течением времени сети регуляции генов, активные в раннем кортикальном развитии, периоде, который несет в себе значительный генетический и экологический риск нарушений развития, таких как аутизм. Они обнаружили, что известные гены риска аутизма, а также регуляторные элементы, контролирующие их активность, сильно экспрессируются в органоидах на этой стадии. Они сообщают, что варианты генетического риска, ранее связанные с аутизмом и нарушающие регуляторные элементы, были активны в органоидах.

"Эта модель потенциально может показать, как эти варианты генетического риска приводят к заболеванию," Ваккарино сказал.

Огромный объем информации, собранной исследователями PsychENCODE, был организован в виде доступных данных "атлас." Это позволяет специалистам по обработке данных использовать анализ глубокого обучения или подход к машинному обучению, в значительной степени вдохновленный человеческими познаниями, для поиска ключей к борьбе с прогрессированием психоневрологических расстройств у людей. Например, теперь ученые могут интегрировать информацию, полученную при секвенировании отдельных клеток, с более традиционными геномными измерениями "масса" образцы тканей и фиксировать различия среди большой популяции людей на разных этапах развития. Этот подход позволил лаборатории Герштейна показать, что большая часть различий в экспрессии генов между людьми была вызвана изменением пропорций основных типов клеток, таких как возбуждающие нейроны

VIRTU-VIRUS.RU