Когда мутируют гены, это может привести к тяжелым заболеваниям нервной системы человека. Исследователи из Лейпцигского университета и Университета Вюрцбурга теперь использовали плодовых мушек, чтобы продемонстрировать, как, помимо отрицательного эффекта, мутация нейронного гена может иметь положительный эффект, а именно более высокий IQ у людей. Они опубликовали открытие в журнале Brain.
Синапсы — это контактные точки в мозге, через которые нервные клетки «разговаривают» друг с другом. Нарушения в этой связи приводят к заболеваниям нервной системы, поскольку измененные синаптические белки, например, могут нарушать этот сложный молекулярный механизм. Это может привести к легким симптомам, но также может привести к очень серьезной инвалидности у пострадавших.
Интерес двух нейробиологов, профессора Тобиаса Лангенхана и профессора Манфреда Хекманна из Лейпцига и Вюрцбурга соответственно, пробудился, когда они прочитали в научной публикации о мутации, повреждающей синаптический белок . Сначала затронутые пациенты привлекли внимание ученых, потому что мутация заставила их ослепнуть. Однако затем врачи заметили, что пациенты также обладали интеллектом выше среднего. «Очень редко мутация приводит к улучшению, а не к потере функции», — говорит Лангенхан, профессор и заведующий кафедрой Института биохимии Рудольфа Шенхаймера на медицинском факультете.
Два нейробиолога из Лейпцига и Вюрцбурга уже много лет используют плодовых мушек для анализа синаптических функций. «Наш исследовательский проект был разработан для внедрения мутации пациентов в соответствующий ген на лету и использования таких методов, как электрофизиология, для проверки того, что затем происходит с синапсами . Мы исходили из того, что мутация делает пациентов такими умными, потому что она улучшает связь между нейроны, в которые вовлечен поврежденный белок», — объясняет Лангенхан. «Конечно, вы не можете проводить эти измерения на синапсах в мозгу пациентов-людей. Для этого вам нужно использовать модели животных».
Три четверти генов, вызывающих заболевания у людей, также существуют у плодовых мушек.
Во-первых, ученые вместе с исследователями из Оксфорда показали, что белок мухи под названием RIM выглядит молекулярно идентичным человеческому. Это было необходимо для того, чтобы иметь возможность изучать изменения в человеческом мозгу на лету. На следующем этапе нейробиологи вставили в геном мухи мутации, которые выглядели точно так же, как у больных людей. Затем они провели электрофизиологические измерения синаптической активности. «На самом деле мы наблюдали, что животные с мутацией продемонстрировали гораздо повышенную передачу информации в синапсах. Этот удивительный эффект на синапсы мух, вероятно, обнаруживается таким же или подобным образом у пациентов-людей и может объяснить их повышенную когнитивную способность». но также и их слепота», — заключает профессор Лангенхан.
Ученые также обнаружили, как происходит повышенная передача в синапсах: молекулярные компоненты в передающей нервной клетке, которые запускают синаптические импульсы, сближаются в результате эффекта мутации и приводят к повышенному выбросу нейротрансмиттеров. Новый метод, микроскопия сверхвысокого разрешения, был одним из методов, использованных в исследовании. «Это дает нам инструмент для наблюдения и даже подсчета отдельных молекул и подтверждает, что молекулы в стреляющей клетке расположены ближе друг к другу, чем обычно», — говорит профессор Лангенхан, которому также помогала в исследовании исследовательская группа профессора Хартмута Шмидта из Институт Карла Людвига в Лейпциге.
«Проект прекрасно демонстрирует, как экстраординарное модельное животное, такое как плодовая муха, может быть использовано для получения очень глубокого понимания заболеваний человеческого мозга. Животные генетически очень похожи на людей. По оценкам, 75 процентов генов, связанных с болезнями у людей также обнаружены у плодовой мушки», — объясняет профессор Лангенхан, указывая на дальнейшие исследования по этой теме на медицинском факультете. «Мы начали несколько совместных проектов с генетиками человека, патологами и командой Интегрированного научно-лечебного центра (ИЦЛ) AdiposityDiseases, на базе Лейпцигской университетской клиники изучают нарушения развития головного мозга, развитие злокачественных опухолей и ожирения. Здесь, мы также введем мутации, вызывающие болезни, в плодовую мушку, чтобы воспроизвести и лучше понять болезни человека.
