Nowe badanie przeprowadzone przez naukowców z UC Davis MIND Institute potwierdza, że ​​rozwój mózgu osób z autyzmem różni się od tych z typowym rozwojem neurologicznym. Według badania opublikowanego w PNAS różnice te są powiązane z genami zaangażowanymi w stany zapalne, odpowiedź immunologiczną i przekaźnictwo nerwowe. Zaczynają się w dzieciństwie i ewoluują przez całe życie.

Około jedno na 44 dzieci w USA ma autyzm. Osoby z autyzmem mogą zachowywać się, komunikować i uczyć się w sposób inny niż osoby neurotypowe. Wraz z wiekiem często mają problemy z komunikacją społeczną i interakcją.

Naukowcy starali się zrozumieć, w jaki sposób neurony w mózgu komunikują się i jakie są interakcje między wiekiem a autyzmem. Zbadali różnice genetyczne w neuronach mózgowych osób z autyzmem w różnym wieku i porównali je z tymi z rozwojem neurotypowym.

Wcześniejsze badania wykazały, że pewne obszary mózgu zaznaczają wczesny nadmiar, po którym następuje zmniejszenie objętości, połączeń i gęstości komórek neuronów, gdy osoby z autyzmem starzeją się do dorosłości.

„Początkowy nadmiar i nadmierna łączność neuronów może sprawić, że mózg będzie bardziej podatny na przedwczesne starzenie i zapalenie, co może prowadzić do dalszych zmian w strukturze i funkcji mózgu” – powiedziała współautorka badania, Cynthia Schumann. Schumann jest profesorem neuronauki na Wydziale Psychiatrii i Nauk Behawioralnych. Jest związana z UC Davis MIND Institute. „Zrozumienie, jak mózg osoby z autyzmem zmienia się przez całe życie, zapewni możliwości wczesnej interwencji”.

metoda

Naukowcy przeanalizowali tkanki mózgowe 27 zmarłych osób z autyzmem i 32 bez autyzmu. Wiek tych osób wahał się od 2 do 73 lat.

Tkanki pobrano z regionu górnego zakrętu skroniowego (STG) — obszaru mózgu odpowiedzialnego za przetwarzanie dźwięku i języka oraz społeczne postrzeganie.

“STG odgrywa kluczową rolę w integracji informacji. Pomaga nadać sens naszemu otoczeniu. Pomimo swojego znaczenia pozostaje stosunkowo niezbadany” – skomentował Schumann. „Chcieliśmy zrozumieć, w jaki sposób zmiany molekularne w tej krytycznej części mózgu zachodzą w autyzmie”.

Zespół przeanalizował tkanki mózgowe oraz izolowane neurony za pomocą technik mikrodysekcji wychwytu laserowego. Badali ekspresję mRNA na poziomie molekularnym w tkance STG i izolowanych neuronach. mRNA tłumaczy kod DNA na instrukcje, które maszyneria komórkowa może rozpoznać i wykorzystać do wytworzenia białek dla różnych funkcji organizmu.

Główne wnioski

W badaniu zidentyfikowano 194 znacząco różne geny w mózgach osób z autyzmem. Spośród tych genów 143 produkowało więcej mRNA (z regulacją w górę), a 51 produkowało mniej (z regulacją w dół) w mózgach autystycznych niż w typowych.

Zmniejszone geny były głównie związane z łącznością mózgu. Może to wskazywać, że neurony mogą nie komunikować się tak skutecznie. Zbyt duża aktywność neuronów może powodować szybsze starzenie się mózgu u osób z autyzmem.

Badanie wykazało również więcej mRNA dla białek szoku cieplnego w autystycznych mózgach. Białka te reagują na stres i aktywują odpowiedź immunologiczną i stan zapalny.

Związane z wiekiem różnice w mózgu między osobami neurotypowymi i autystycznymi

W badaniu zidentyfikowano 14 genów w masowych tkankach STG, które wykazały zależne od wieku różnice między osobami autystycznymi i neurotypowymi oraz trzy geny w izolowanych neuronach. Geny te były połączone ze szlakami synaptycznymi, odpornościowymi i zapalnymi.

Na przykład w typowych mózgach ekspresja genu HTRA2 jest znacznie wyższa przed 30 rokiem życia i maleje wraz z wiekiem. W neuronach STG osób z autyzmem poziomy ekspresji tego genu zaczynają się obniżać i wzrastać wraz z wiekiem.

„Zmiany w HTRA2 mają związek z utratą komórek nerwowych i funkcjami komórek – takimi jak prawidłowe fałdowanie białek oraz ponowne wykorzystanie i recykling składników komórkowych” – wyjaśniła współautorka Boryana Stamova, profesor nadzwyczajny na Wydziale Neurologii. jest związany również z Instytutem MIND. „Rola HTRA2 jest niezbędna dla prawidłowego funkcjonowania mózgu”.

Naukowcy odkryli również różne wzorce stanów zapalnych w autystycznych tkankach mózgowych. Kilka genów związanych z odpornością i stanem zapalnym było silnie regulowanych w górę, co wskazuje na dysfunkcję układu odpornościowego, która może się pogarszać z wiekiem.

Badanie wskazało na związany z wiekiem spadek ekspresji genów zaangażowanych w syntezę kwasu gamma-aminomasłowego (GABA). GABA jest przekaźnikiem chemicznym, który pomaga spowolnić pracę mózgu. Działa jako hamujący neuroprzekaźnik.

„GABA jest znany z efektu tłumienia w kontrolowaniu nadpobudliwości neuronów w lęku i stresie. Nasze badanie wykazało zależne od wieku zmiany w genach zaangażowanych w sygnalizację GABA w mózgach osób z autyzmem” – powiedziała Stamova.

Badanie wykazało bezpośrednie dowody na poziomie molekularnym, że sygnalizacja insuliny została zmieniona w neuronach osób z autyzmem. Zauważono również znaczące podobieństwa ekspresji mRNA w regionie STG między osobami z autyzmem a osobami z chorobą Alzheimera. Wyrażenia te mogą być powiązane ze zwiększonym prawdopodobieństwem pogorszenia funkcji neurodegeneracyjnych i funkcji poznawczych.

„Wyniki naszego badania są naprawdę ważne dla zrozumienia tego, co dzieje się w mózgach osób z autyzmem. Identyfikacja tych zmian w czasie daje nam możliwość zastanowienia się nad niektórymi interwencjami, które mogą być bardziej przydatne w określonych okresach” – powiedział Schumann.

Kredyty

Współautorami badania są Bradley Ander z UC Davis MIND Institute i Department of Neurology; Alicja Omańska z UC Davis MIND Institute i Wydziału Psychiatrii i Nauk Behawioralnych; oraz Michael Gandal i Pan Zhang z UCLA.

Naukowcy są wdzięczni rodzinom dawców mózgu za ich nieoceniony dar dla badań nad autyzmem. Tkanki mózgowe zostały dostarczone przez University of Maryland Brain and Tissue Bank, Autism Tissue Program (obecnie Autism BrainNet), Brain Endowment for Autism Research Sciences (BEARS) w UC Davis MIND Institute oraz Harvard Brain Tissue Resource Center.

Ta praca jest wspierana przez granty National Institutes of Health (NIH) MH108909 oraz Centrum Badań nad Niepełnosprawnością Intelektualną i Rozwojową w UC Davis (1U54HD079125). Badanie skorzystało również z funduszy instrumentacji NIH (S10RR-023555, S10OD-018174) do mikrodysekcji wychwytu laserowego i sekwencjonowania RNA.