Генетическая мутация, вызывающая болезнь Гентингтона (БГ) — разрушительное заболевание мозга, нарушающее подвижность и снижающее когнитивные способности, — может также способствовать раннему развитию мозга и играть роль в развитии интеллекта человека.

Это открытие пришло из более чем 10 лет визуализации мозга и данных о функциях мозга, включая двигательные, когнитивные и поведенческие оценки, собранные у уникальной популяции — детей и молодых людей , которые являются носителями гена HD. Хотя мутация HD в конечном итоге вызывает фатальное заболевание мозга во взрослом возрасте, исследование показывает, что в раннем возрасте дети с мутацией HD имеют больший мозг и более высокий IQ, чем дети без мутации.

«Результаты исследования свидетельствуют о том, что на ранних этапах жизни мутация гена на самом деле полезна для развития мозга, но эта ранняя польза впоследствии становится помехой», — говорит Пег Нопулос, доктор медицины, профессор и руководитель кафедры психиатрии в Медицинском колледже Карвера при Университете Уайльда, а также старший автор исследования, опубликованного в журнале The Annals of Neurology.

Это открытие также может иметь значение для разработки эффективных методов лечения HD. Если раннее действие гена полезно, то простая попытка вырубить ген может привести к потере преимущества для развития. Создание методов лечения, которые могут нарушить активность гена на более поздних этапах жизни пациента, может быть более полезным.

Новые данные о положительном влиянии гена на раннее развитие мозга также воодушевляют Нопулоса по другой причине.

«Мы очень заинтересованы в том факте, что это, по-видимому, ген, который управляет IQ», — говорит она. «Ни одно из предыдущих исследований не обнаружило гена, существенно влияющего на IQ, хотя мы знаем, что интеллект передается по наследству».

Ген HD связан с лучшим развитием мозга в раннем возрасте

Болезнь Хантингтона вызывается мутацией в гене хантингтина (HTT). Белок, вырабатываемый геном HTT, необходим для нормального развития , но изменения в пределах сегмента белка оказывают глубокое воздействие на мозг.

Рассматриваемый сегмент представляет собой длинный повтор одной аминокислоты, называемой глутамином. Больше повторов связано с более крупными и сложными мозгами. Например, у таких видов, как морские ежи или рыбы, нет повторов, но эти повторы начинают появляться выше по эволюционной лестнице. У грызунов есть несколько повторов, в то время как у обезьян (наших ближайших родственников) их еще больше; а у людей их больше всего.

У большинства людей повторы находятся в диапазоне от 10 до 26, но если у человека 40 или более повторов, то у него развивается HD. Хотя расширение гена присутствует до рождения, симптомы HD не проявляются до среднего возраста. Команда Нопулоса в Университете Айовы имеет долгую историю изучения того, как расширение гена HTT влияет на развитие мозга в десятилетия до начала заболевания.

«Мы знаем, что расширенный ген вызывает ужасное дегенеративное заболевание в более позднем возрасте, но мы также знаем, что этот ген имеет решающее значение для общего развития», — говорит она.

«Мы были удивлены, обнаружив, что это действительно оказывает положительное влияние на развитие мозга в раннем возрасте. Те, у кого есть расширение гена, имеют улучшенный мозг с большим объемом головного мозга и более высоким IQ по сравнению с теми, у кого этого нет».

В частности, исследование показало, что за десятилетия до появления симптомов HD дети с расширением гена HD показали значительно лучшие когнитивные, поведенческие и моторные показатели по сравнению с детьми с повторениями в пределах нормы. Дети с расширенным геном также имели больший объем мозга и большую площадь поверхности коры и складчатость. После этого начального пика наблюдалось длительное ухудшение как функции мозга, так и его структуры.

В ходе исследования были собраны эти данные путем наблюдения за почти 200 участниками исследования Kids-HD — единственного продольного исследования детей и молодых людей, подверженных риску развития HD из-за наличия у одного из родителей или бабушек или дедушек этого заболевания.

Эволюционная выгода имеет свою цену

Хотя это и удивительно, результаты соответствуют исследованиям эволюционных биологов, которые считают, что гены, подобные HTT, могли быть «положительно отобраны» для эволюции человеческого мозга. Эта теория, известная как антагонистическая плейотропия, предполагает, что определенные гены могут оказывать благоприятное воздействие в начале жизни, но дорого обходятся в более позднем возрасте.

Это открытие также ставит под сомнение идею о том, что белок, вырабатываемый геном HD, является исключительно токсичным белком, вызывающим дегенерацию мозга.

«В целом наше исследование предполагает, что нам следует переосмыслить концепцию теории токсичных белков», — говорит Нопулос, который также является членом Института нейронауки Айовы.

«Вместо этого нам следует рассмотреть теорию антагонистической плейотропии — теорию, которая предполагает, что гены, подобные HTT, формируют лучший мозг в раннем возрасте, но цена превосходного мозга заключается в том, что он не рассчитан на долгую жизнь и может быть подвержен преждевременному или ускоренному старению.

«Это означает, что вместо того, чтобы блокировать ген для терапии, более эффективными могут оказаться препараты, замедляющие процесс старения».

Следующие шаги

Команда Нопулоса уже делает успехи, расширяя исследования программы Kids-HD. Нопулос основал исследование Children to Adult Neurodevelopment in Gene-Expanded Huntington’s Disease (ChANGE-HD), многоцентровое исследование, целью которого является набор сотен участников для проведения в общей сложности более 1200 оценок с целью подтверждения ключевых результатов исследования Kids-HD и улучшения будущих исследований HD.

Основной областью внимания станет понимание того, как увеличенный мозг может впоследствии привести к дегенерации. Одна из гипотез, которую исследуют Нопулос и ее команда, включает идею о том, что увеличенная кора может производить избыточный глутамат (важный нейромедиатор), который полезен на раннем этапе развития мозга, но позже приводит к нейротоксичности и дегенерации мозга.