研究顯示自閉癥基因之間隱藏的生物學關系

強大的青蛙胚胎模型在保護風險基因和雌激素方面發(fā)揮了新的作用。

美國加州大學舊金山分校和加州大學伯克利分校的科學家對自閉癥風險基因進行的一項新研究表明，自閉癥譜系障礙(ASD)的發(fā)展將破壞產(chǎn)前神經(jīng)發(fā)生，在此過程中，特化的“祖細胞”將產(chǎn)生新的腦細胞。這項研究還表明，雌激素(可能在腦細胞中產(chǎn)生)可以防止這種損傷，并在正常發(fā)育過程中引導大腦。

這項研究中最引人注目的發(fā)現(xiàn)是發(fā)表在《神經(jīng)元》上的實驗，這是一項利用西方爪蛙(Xenopustropicis)胚胎的實驗，因其對發(fā)育的獨特見解而受到生物學家的重視。

與人類發(fā)育相關的人類基因在非洲爪蟾體內(nèi)具有相似的功能，廣泛的研究將人類胚胎的發(fā)育階段與青蛙的發(fā)育階段聯(lián)系起來，這意味著非洲爪蟾的基因研究可能與人類健康和疾病的發(fā)展直接相關。

UCSF神經(jīng)科學研究所博士后研究員海倫蘭金威爾西博士說：“非洲爪蟾一直是發(fā)育生物學的基石，原因有很多，我們對人類大腦發(fā)育的許多了解都是基于對青蛙的基礎研究?！焙现唏R修w斯塔特，醫(yī)學博士，美國加州大學舊金山分校教授(奧伯多夫家族杰出人物)，UCSF精神病學和行為科學系主任。

“青蛙大腦的發(fā)育與人類非常相似，許多塑造人類大腦的相同基因、蛋白質和分子在發(fā)育中的青蛙大腦中也具有相同的功能。這些因素使非洲爪蟾成為一個有吸引力的物種，有助于加深我們對神經(jīng)發(fā)育障礙的理解?！?

結合基因在發(fā)育過程中的影響。

近十年來，人類基因組的分析(包括國家和他的同事領導的許多人類)已經(jīng)確定了與ASD密切相關的基因突變，從而使科學家能夠收集到幾十個“高置信度”基因的列表，這些基因給這些基因的發(fā)展帶來了極大的風險不平衡。隨著對這些基因如何、何時、何地在大腦中發(fā)揮重要作用的了解越來越多，自閉癥研究人員已經(jīng)開始拼湊自閉癥的可能問題。

許多已知的突變發(fā)生在已知有助于突觸(即腦細胞之間的通訊位點)的形成和功能的基因中，并且還影響哪些基因最終被翻譯成蛋白質的正確排列。然而，這些結論是基于來自不同和不完整來源的數(shù)據(jù)。這些眾所周知的風險基因可能在大腦發(fā)育的不同時期參與不同的功能。

作為對這些想法的直接測試，為了確定是否有可能忽略受這些突變影響的其他發(fā)育過程，這項新研究的第一作者威爾塞轉向非洲爪蟾，并將國家實驗室與著名發(fā)育生物學家理查德、加州大學伯克利分校遺傳學、基因組學和發(fā)育教授哈蘭德博士整合在一起。尊敬的李教授和Jeremy Willsey博士，神經(jīng)退行性疾病研究所和精神病學與行為科學系助理教授，系統(tǒng)生物學方法、神經(jīng)發(fā)育障礙學科帶頭人。

海倫威爾西(Helen Willsey)和她的研究團隊首先選擇了迄今為止在人類身上發(fā)現(xiàn)的“十大ASD風險基因”，然后進行實驗，評估在發(fā)育過程中激活青蛙大腦中青蛙等價物的位置和時間。他們發(fā)現(xiàn)，這10個基因在青蛙前腦中的表達都處于與人類產(chǎn)前發(fā)育相對應的階段，這與State和這項研究的共同資深作者State和Jeremy Willsey在2013年進行的自閉癥風險基因的計算和分析非常一致。紙。

并排比較

非洲爪蟾雌性一次能產(chǎn)4000多個卵，這些卵很快發(fā)育成兩細胞胚胎，肉眼就足以看到。利用高通量CRISPR基因打靶技術，Helen Willsey的研究團隊依次對10個基因中的每一個進行了突變，但只有一個雙細胞胚胎發(fā)生了突變——有了這項技術，任何由基因修飾引起的發(fā)育差異都只會發(fā)生在大腦的一半，而另一半會正常發(fā)育。

輕松比較大腦兩半的能力清楚地表明，在大腦中基因被禁用的一側，大小有顯著差異——當一些基因發(fā)生突變時，受影響的那一半更大，而其他的則更小。然而，細胞和分子工作表明，所有這些大小差異都是由于神經(jīng)發(fā)生的傾向，這反映在前腦腦室祖細胞、腦細胞前體和成熟神經(jīng)元的非典型比例上。

因為研究人員對復原力(一種克服ASD基因影響的方法)和風險同樣感興趣，他們在非洲爪蟾胚胎中測試了130多種藥物化合物。其中之一與雌激素有關，雌激素恢復了一種典型的神經(jīng)發(fā)生方式，使動物兩側的大腦大小相匹配。相反，當測試另外兩種抑制雌激素途徑的化合物時，神經(jīng)發(fā)生受到更嚴重的損害。在研究團隊測試的雌激素發(fā)育階段，非洲爪蟾沒有性腺，因此Willesee認為雌激素是在大腦而不是性器官中局部產(chǎn)生的，在發(fā)育過程中可以保護其免受神經(jīng)發(fā)生的干擾。

雌激素相關化合物的保護作用也在人類神經(jīng)祖細胞株和人類神經(jīng)中觀察到

祖細胞系中，各種ASD風險基因已通過特殊的CRISPR技術被抑制，在類似修飾的人腦類器官中，科學家使用了3D細胞簇研究組織和器官的發(fā)育。

威爾西說，由于許多不同基因的獨立作用，雌激素具有逆轉神經(jīng)發(fā)生和大腦大小的不同作用的能力，應該使人們放心，在該領域中，基因發(fā)現(xiàn)的迅速步伐導致人們擔心，自閉癥患者可能太過復雜而無法應對與療法。

盡管如此，雌激素對發(fā)育過程中的性別分化有深遠的影響，Willsey的研究小組表明，它通過稱為Sonic刺猬的主要信號傳導途徑調(diào)節(jié)神經(jīng)發(fā)生，該途徑在從大腦發(fā)育到四肢形成的所有過程中都起著至關重要的作用。她說，研究小組將雌激素鑒定為保護因子，僅應被認為是可以指導最終開發(fā)更安全，更有針對性的治療方法的科學依據(jù)。

威爾西說：“已經(jīng)有許多已證實的ASD基因，想出要在廣泛人群中有效的療法是一個棘手的問題。” “但是這項工作支持了我們可以解決這個問題的想法。這些基因做不同的事情，運轉不同的齒輪，但是我們的發(fā)現(xiàn)最終指向了ASD病理學的一個關鍵聯(lián)系，并揭示了一個以前隱藏的生物聯(lián)系，這些聯(lián)系將高度不同的基因組聯(lián)系起來。”