Биологи из Стэнфордского университета изучали пациентов с делецией 22 хромосомы, которая связана с развитием шизофрении и расстройств аутистического спектра. Они получили сфероиды нейронов и выяснили, что в нейронах с делецией нарушена работа генов возбудимости.
Биологи из Стэнфордского университета изучили механизм возбуждения нейронов у пациентов с делецией 22 хромосомы: этот хромосомный дефект чаще встречается у пациентов с шизофренией и расстройством аутистического спектра. У клеток с таким генотипом хуже работают каналы для кальциевых ионов, которые необходимы для правильной работы механизма возбуждения. Хромосомную аномалию исследовали двумя способами: геномным редактированием и препаратами.Ученые взяли клетки кожи у 15 пациентов с делецией 22 хромосомы и 15 здоровых людей, чтобы исследовать процесс развития нейронов коры. Они перепрограммировали клетки кожи в стволовые с помощью белковых факторов и получили сфероиды – шаровидные клеточные образования из нейронов. Таким образом ученые получили возможность наблюдать работу нервных клеток без вмешательства в мозг пациента. Биологи проанализировали работу генов в сфероидах в течение 100 дней. Оказалось, что в нейронах с делецией нарушена работа генов возбудимости: в таких клетках чаще возникают спонтанные потенциалы действия (пики возбуждения). Тогда исследователи решили изучить работу ионных каналов, а именно транспорт ионов кальция – главного сигнального иона при возбуждении нейронов. При подаче потенциала действия концентрация кальция изменялась значительно меньше в клетках с делецией, чем без нее. Ученые предположили, что кальций не проходит через клеточную мембрану из-за инактивации кальциевых каналов, которые не смогли пропускать ионы из-за неправильного потенциала. Они измерили потенциал на мембранах клеток и выяснили, что у клеток с делецией потенциал был ниже, чем у обычных. Тогда ученые попробовали 2 способа компенсации потенциала – генетический и медикаментозный. В первом случае они попробовали вернуть один из генов (DGCR8) участка делеции в геном клеток. Этот ген уже был ассоциирован с психическими расстройствами в экспериментах с мышами. После встройки гена работа кальциевых каналов восстановилась. Также биологи попробовали применить в нейронах три нейролептика разных поколений: раклопирид, сульпирид и оланзапин. Оказалось, что все они также в разной степени восстанавливают работу каналов и потенциал мембран. Таким образом ученые заключили, что механизм, лежащий в основе синдрома делеции 22 хромосомы – это изменение потенциала клеточной мембраны и неправильная работа кальциевых каналов, что отражается на передаче сигналов между нейронами. Отметим, что делеция 22 хромосомы – это самая распространенная делеция у человека, которая встречается с частотой 1:3000. Она заключается в укорочении одного плеча 22 хромосомы, что провоцирует развитие психоза в 25% случаев. Делеция также повышает риск развития шизофрении и расстройства аутистического спектра. Ионные каналы играют роль проводника электрических сигналов между нейронами: когда они открываются, ионы проходят через мембрану клетки и запускают биохимические процессы, благодаря которым предыдущая клетка передает сигнал на следующую.