北卡羅來(lái)納州立大學(xué)的新研究提供了對(duì)天使綜合癥最早階段的見(jiàn)解。這項(xiàng)工作還展示了如何利用人類大腦類器官來(lái)揭示影響人類發(fā)育的遺傳性疾病。
安格曼綜合癥是一種與發(fā)育遲緩、智力障礙、言語(yǔ)障礙和運(yùn)動(dòng)問(wèn)題相關(guān)的遺傳性疾病。人們對(duì)天使綜合癥進(jìn)行了大量研究，主要涉及小鼠的實(shí)驗(yàn)室研究和人類的自然歷史研究。然而，盡管研究人員已經(jīng)確定這種復(fù)雜的疾病與一種名為 UBE3A 的基因的行為有關(guān)，并且小鼠身上的有力證據(jù)表明，產(chǎn)前時(shí)期可能對(duì)疾病的發(fā)展很重要，但研究人員尚未找到一種方法來(lái)監(jiān)測(cè)人類神經(jīng)細(xì)胞疾病的最早階段。
“顯然，我們無(wú)法對(duì)發(fā)育中的人類進(jìn)行研究，因此我們想知道是否有可能使用大腦類器官來(lái)研究 UBE3A 周圍的分子動(dòng)力學(xué)，”該研究論文的通訊作者、北卡羅來(lái)納州立大學(xué)化學(xué)和生物分子工程助理教授 Albert Keung 說(shuō)。“基因何時(shí)開啟?藥物如何影響基因和神經(jīng)元功能?基因在不同類型的細(xì)胞中表現(xiàn)是否不同?這些都是復(fù)雜的問(wèn)題，但我們發(fā)現(xiàn)通過(guò)大腦類器官模型可以學(xué)到很多東西。”
人類大腦類器官是毫米大小的組織，由通常在大腦不同區(qū)域發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞類型組成。它們是通過(guò)培養(yǎng)干細(xì)胞制成的。在這項(xiàng)研究中，研究人員在培養(yǎng)細(xì)胞后 17 周內(nèi)監(jiān)測(cè)類器官的行為。
例如，研究人員繪制了 UBE3A 在不同類型細(xì)胞和神經(jīng)發(fā)育不同階段關(guān)閉或開啟的時(shí)間，以及每個(gè)細(xì)胞中該基因活躍的位置。這可以揭示一些問(wèn)題，例如 UBE3A 可能在多大程度上調(diào)節(jié)其他基因的活性，以及??何時(shí)提供治療可能最有效。
研究人員發(fā)現(xiàn)的一件事是，UBE3A 似乎比任何人都知道的更早地在腦組織的發(fā)育中發(fā)揮著重要作用——甚至可能在培養(yǎng)類器官的三周內(nèi)。
“我們有能力看到 UBE3A 在類器官中的行為如何隨著時(shí)間的推移而變化，”該論文的第一作者、博士生迪拉拉·森 (Dilara Sen) 說(shuō)。北卡羅來(lái)納州立大學(xué)的學(xué)生。“我們還能夠看到不同的藥物如何影響基因的行為，以及這些變化如何影響類器官中神經(jīng)元的功能。”
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