Гены, связанные с воспалением, нейротрансмиссией и иммунитетом, по-разному действуют в головном мозге у людей с аутизмом по сравнению с нейротипичными людьми. Эти различия начинаются в детстве и развиваются на протяжении всей жизни человека. Авторы нового исследования подтверждают, что развитие головного мозга у людей с аутизмом отличается от развития типичной нервной системы. Согласно исследованию, опубликованному в научном журнале PNAS, эти различия связаны с генами, участвующими в воспалении, иммунном ответе и нейронной передаче. Различия начинаются в детстве и развиваются на протяжении всей жизни.
Актуальность исследования
Люди с аутизмом могут вести себя, общаться и учиться иначе, чем нейротипичные люди. С возрастом у них часто возникают проблемы с социальным общением и взаимодействием. Исследователи стремились понять, как взаимодействуют нейроны в мозге у людей с аутизмом в различные возрастные периоды. Ученые изучили генетические различия в нейронах головного мозга у людей с аутизмом в разном возрасте и сравнили их с таковыми у людей с нейротипичным развитием.
Более ранние исследования показали, что определенные области мозга имеют ранний избыток нейронов, за которым следует уменьшение объема, связности и плотности клеток нейронов по мере взросления людей с аутизмом.
«Первоначальный избыток и чрезмерная связанность нейронов могут сделать мозг более уязвимым к раннему старению и воспалению, что может привести к дальнейшим изменениям в структуре и функциях мозга», — сказала соавтор исследования Синтия Шуман (Cynthia Schumann), профессор неврологии факультета психиатрии и поведенческих наук. «Понимание того, как мозг человека с аутизмом меняется на протяжении жизни, даст возможность для раннего вмешательства».
Материалы и методы исследования
Исследователи проанализировали ткани мозга 27 умерших людей с аутизмом и 32 человек без аутизма. Возраст этих людей колебался от 2 до 73 лет. Ткани были взяты из области верхней височной извилины (STG) — области мозга, отвечающей за обработку звука и речи, а также за социальное восприятие.
«STG играет решающую роль в интеграции информации. Это помогает придать смысл нашему окружению. Несмотря на свою важность, она остается относительно неизученной», — прокомментировал Шуман. «Мы хотели понять, как молекулярные изменения в этой важной части мозга происходят при аутизме».
Команда ученых проанализировала ткани мозга, а также изолированные нейроны, используя методы лазерной микродиссекции. Исследователи изучали экспрессию мРНК на молекулярном уровне в ткани STG и изолированных нейронах. мРНК переводит код ДНК в инструкции, которые клеточный механизм может распознать и использовать для создания белков для различных функций организма.
Результаты исследования
В ходе исследования было выявлено 194 значительно отличающихся гена в мозгу людей с аутизмом. Из этих генов 143 продуцируют больше мРНК (повышенная регуляция), а 51 продуцируют меньше (подавляющая регуляция) в мозге аутистов, чем у нейротипичных людей. Пониженная регуляция генов была в основном связана со связью мозга. Это может указывать на то, что нейроны могут общаться не так эффективно. Слишком высокая активность нейронов может привести к более быстрому старению мозга у аутичных людей.
Исследование также обнаружило больше мРНК белков теплового шока в мозге аутистов. Эти белки реагируют на стресс и активируют иммунный ответ и воспаление.
Возрастные различия мозга между нейротипичными и аутичными людьми
Исследователи выявили 14 гена в ткани STG, которые показали возрастные различия между людей с аутизмом и нейротипичными людьми, и три гена в изолированных нейронах. Эти гены были связаны с синаптическими путями, а также с путями иммунитета и воспаления. Например, в типичном мозге экспрессия гена HTRA2 намного выше до 30 лет и снижается с возрастом. В нейронах STG людей с аутизмом уровни экспрессии этого гена начинаются ниже и увеличиваются с возрастом.
Исследователи также обнаружили различные модели воспаления в тканях мозга у людей с аутизмом. Некоторые иммунные и связанные с воспалением гены были сильно активны, что указывает на иммунную дисфункцию, которая может ухудшаться с возрастом.
Таким образом, результаты исследования указывают на связанное с возрастом снижение экспрессии генов, участвующих в синтезе гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК). ГАМК — это химический мессенджер, который помогает замедлить работу мозга. Он работает как тормозной нейротрансмиттер. Кроме этого, ученые обнаружили прямые доказательства на молекулярном уровне того, что передача сигналов инсулина была изменена в нейронах людей с аутизмом. Также было отмечено значительное сходство экспрессии мРНК в области STG у людей с аутизмом и у людей с болезнью Альцгеймера. Эти изменения могут быть связаны с повышенной вероятностью нейродегенеративного и когнитивного снижения.
«Результаты нашего исследования действительно важны для понимания того, что происходит в мозгу людей с аутизмом. Выявление этих изменений с течением времени дает нам возможность подумать о некоторых вмешательствах, которые могут быть более полезными в определенные периоды», — заключает Шуман.
