Як мутація гена викликає вищий інтелект

Як мутація гена викликає вищий інтелект

Резюме: Рідкісна генетична мутація, яка спричиняє сліпоту, також, схоже, пов’язана з інтелектом вище середнього, повідомляє нове дослідження.

Джерело: Лейпцизький університет

Синапси — це контактні точки в мозку, за допомогою яких нервові клітини «розмовляють» один з одним. Порушення цієї комунікації призводять до захворювань нервової системи, оскільки, наприклад, змінені синаптичні білки можуть порушити цей складний молекулярний механізм. Це може призвести до легких симптомів, а також до дуже серйозних інвалідності у постраждалих.

Інтерес двох нейробіологів, професора Тобіаса Лангенхана та професора Манфреда Хекманна з Лейпцига та Вюрцбурга відповідно, виник, коли вони прочитали в науковій публікації про мутацію, яка пошкоджує синаптичний білок.

Спочатку уражені пацієнти привернули увагу вчених, оскільки мутація спричинила їх сліпість. Однак потім лікарі помітили, що пацієнти також мають інтелект вище середнього.

«Дуже рідко мутація призводить до поліпшення, а не до втрати функції», — каже Лангенхан, професор і керівник кафедри Інституту біохімії Рудольфа Шенгеймера на Медичному факультеті.

Два нейробіолога з Лейпцига та Вюрцбурга протягом багатьох років використовували плодових мушок для аналізу синаптичних функцій.

«Наш дослідницький проект був розроблений для того, щоб вставити мутацію пацієнтів у відповідний ген на льоту та використовувати такі методи, як електрофізіологія, щоб перевірити, що потім відбувається з синапсами. Ми припускали, що мутація робить пацієнтів такими розумними, оскільки покращує зв’язок між нейронами, які залучають пошкоджений білок», – пояснює Лангенхан.

«Звичайно, ви не можете проводити ці вимірювання на синапсах мозку пацієнтів. Для цього потрібно використовувати моделі тварин».

«75 відсотків генів, що викликають захворювання у людей, також існують у плодових мух»

По-перше, вчені разом з дослідниками з Оксфорда показали, що білок мухи під назвою RIM виглядає молекулярно ідентично людському. Це було важливо для того, щоб мати можливість вивчати зміни в мозку людини на льоту. На наступному етапі нейробіологи вставили мутації в геном мухи, які виглядали так само, як у хворих людей. Потім вони проводили електрофізіологічні вимірювання синаптичної активності.

«Ми насправді помітили, що тварини з мутацією показали значно посилене передачу інформації в синапсах. Цей дивовижний ефект на синапси мух, ймовірно, виявляється таким же чи подібним чином у пацієнтів людей, що може пояснити їх підвищену когнітивну здатність, а також їхню сліпоту», – підсумовує професор Лангенхан.

Вчені також з’ясували, як відбувається посилення передачі в синапсах: молекулярні компоненти в передавальній нервовій клітині, які запускають синаптичні імпульси, зближуються в результаті ефекту мутації і призводять до посиленого вивільнення нейромедіаторів. Одним із методів, використаних у дослідженні, був новий метод, мікроскопія з надвисокою роздільною здатністю.

Вчені також з’ясували, як відбувається посилення передачі в синапсах: молекулярні компоненти в передавальній нервовій клітині, які запускають синаптичні імпульси, зближуються в результаті ефекту мутації і призводять до посиленого вивільнення нейромедіаторів. Зображення знаходиться у відкритому доступі

«Це дає нам інструмент для перегляду й навіть підрахунку окремих молекул, а також підтверджує, що молекули в комірці, що активується, знаходяться ближче один до одного, ніж зазвичай», — каже професор Лангенхан, якому також допомагала дослідницька група професора Гартмута Шмідта з Інститут Карла Людвіга в Лейпцигу.

«Проект чудово демонструє, як таку надзвичайну модель тварини, як плодова мушка, можна використовувати для глибокого розуміння захворювань мозку людини. Тварини генетично дуже схожі на людей. Підраховано, що 75% генів, що викликають захворювання у людей, також містяться в плодових мушках», — пояснює професор Лангенхан, вказуючи на подальші дослідження на цю тему на факультеті медицини:

«Ми розпочали декілька спільних проектів з генетиками людини, патологоанатомами та командою Інтегрованого науково-лікувального центру (IFB) AdiposityDiseases; базується в лікарні Лейпцигського університету, вони вивчають порушення розвитку мозку, розвиток злоякісних пухлин і ожиріння. Тут ми також вставимо хвороботворні мутації в плодову мушку, щоб повторити та краще зрозуміти захворювання людини».

Про це новини дослідження генетики та інтелекту

Автор: Сюзанн Хастер
Джерело: Лейпцизький університет
Контакт: Сюзанн Хустер – Лейпцизький університет
Картина: Зображення знаходиться у відкритому доступі

Оригінальне дослідження: Закритий доступ.
«Мутація CORD7, що покращує пізнання людини, збільшує кількість активних зон і синаптичне вивільнення», Тобіас Лангенхан та ін. Мозок


Анотація

Мутація CORD7, що покращує пізнання людини, збільшує кількість активних зон і синаптичне вивільнення

Дивись також

Це діаграма з дослідження

Люди, які несуть мутацію CORD7 (конус-паличковая дистрофія 7), мають підвищений вербальний IQ та робочу пам’ять. Цей аутосомно-домінантний синдром спричинений обміном однієї амінокислоти R844H (нумерація людини), розташованою в 310 спіраль C2Домен RIMS1/RIM1 (Rab3-взаємодіюча молекула 1).

RIM – це еволюційно консервативний багатодоменний білок і важливий компонент пресинаптичних активних зон, який центрально бере участь у швидкому кальцію.2+-вивільнення нейромедіатора. Яким чином мутація CORD7 впливає на синаптичну функцію, поки що залишається незрозумілим.

Ось ми встановили Drosophila melanogaster як модель захворювання для уточнення впливу мутації CORD7 на функцію RIM та вивільнення синаптичних везикул.

З цією метою, використовуючи експресію білка та рентгенівську кристалографію, ми вирішили молекулярну структуру дрозофіла VS2Домен з роздільною здатністю 1,92 Å і в порівнянні з його гомологом ссавців встановив, що розташування мутації CORD7 структурно збережено в RIM мухи.

Крім того, геномна інженерія за допомогою CRISPR/Cas9 була використана для створення обідка алелі, що кодують обмін R915H CORD7 або заміни R915E,R916E (нумерація мух), щоб здійснити місцеву зміну заряду на 310 спіраль.

За допомогою електрофізіологічної характеристики двоелектродного затискача напруги та фокальних записів ми визначили, що мутація CORD7 чинить напівдомінуючий, а не домінуючий ефект на синаптичну передачу, що призводить до швидшого та ефективнішого синаптичного вивільнення та збільшення розміру пулу, що легко вивільняється, але знижену чутливість. для швидкого хелатора кальцію BAPTA.

Крім того, обідка Алель CORD7 збільшив кількість пресинаптичних активних зон, але залишив їхню наноскопічну організацію непорушеною, як було виявлено мікроскопією з надвисокою роздільною здатністю білка пресинаптичного каркаса Bruchpilot/ELKS/CAST.

Ми робимо висновок, що мутація CORD7 призводить до більш тісного вивільнення, збільшення розміру пулу, що легко вивільняється, і більшої кількості сайтів вивільнення, що сприяє більш ефективному вивільненню синаптичних передавачів.

Ці результати переконливо свідчать про те, що подібні механізми можуть лежати в основі фенотипу захворювання CORD7 у пацієнтів і що посилена синаптична передача може сприяти підвищенню їх когнітивних здібностей.

Залишити коментар

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься.