Исследования на мышах связывают аутизм с клетками мозга, которые определяют общительность и платоническую любовь

Исследователи Johns Hopkins Medicine сообщают, что новые эксперименты с генно-инженерными мышами обнаружили четкую связь между рядом типов аутизма и аномалиями в клетках мозга, химическая продукция которых вызывает платонические (несексуальные) чувства любви и общительности.

По словам исследователей, полученные данные могут в конечном итоге способствовать развитию методов лечения аутизма, нацеленных на симптомы заболевания, вызванные аномалиями в парвоцеллюлярных нейронах окситоцина, которые являются клетками мозга в гипоталамусе млекопитающих.

Отчет об экспериментах был опубликован 27 октября в сети Neuron.

Исследователи искали доказательства связи из-за давно известных вариаций форм и симптомов расстройств аутистического спектра, а также из-за того, что пациенты с ломкой X - наследственным заболеванием, которое встречается у одного из 4000 мужчин и одной из 6000 женщин, - часто характеризуются неспособностью образовывать тесные социальные связи.

«Аутизм определяется нарушением социального поведения, но не все виды социального поведения одинаковы», - говорит Гюль Долен, доктор медицинских наук, доцент кафедры нейробиологии Медицинской школы Университета Джона Хопкинса. «У людей с аутизмом обычно меньше трудностей с установлением очень близких семейных уз, чем с дружбой. Наши эксперименты доказывают, что эти два типа привязанности кодируются разными типами нейронов окситоцина, и что нарушение одного из этих типов нейронов является причиной для характерных социальных нарушений, наблюдаемых при аутизме ».

По словам Делена, более века ученые знали, что в гипоталамусе есть два типа нейронов. Нейроны выделяют так называемый «гормон любви» окситоцин, который вызывает сокращения во время родов, снижает стресс и способствует установлению связей между животными среди млекопитающих, включая человека.

Магноцеллюлярный нейрон окситоцина, который является одним из типов нейронов, высвобождающих окситоцин, выделяет огромное количество окситоцина в мозг и тело - в 500 раз или больше, чем выделяется парвоцеллюлярными окситоциновыми нейронами, которые ограничивают их возможности и избегают наводнения тело со всепоглощающим чувством любви.

Как следует из их названия, нейроны магноцеллюлярного окситоцина больше, чем другие нейроны, и могут посылать свои аксоны, похожие на руку, за гематоэнцефалический барьер. Среди своих функций нейроны магноцеллюлярного окситоцина вызывают сыновнюю любовь - то, что Делен называет «безумной любовью» - и связь между младенцами и матерями, а также между сексуальными партнерами.

Исследование Делена показывает, что парвоцеллюлярные окситоциновые нейроны, происходящие от греческого слова «парво» или «маленький», также кодируют социальное поведение, но не того типа, которое кодируют магноклеточные нейроны. В то время как нейроны магноцеллюлярного окситоцина кодируют социальное поведение, связанное с воспроизводством (парное соединение и родительское соединение), парвоцеллюлярные нейроны окситоцина кодируют социальное поведение, связанное с тем, что Делен называет «умеренной любовью» или платонической любовью, которая важна для сообществ (друзей и коллег).

Чтобы изучить, связаны ли симптомы аутизма с нарушениями в одном или обоих магноцеллюлярных и парвоцеллюлярных нейронах, Долен и ее команда впервые генетически сконструировали мышей, которые светят флуоресцентным светом во всех окситоциновых нейронах, магно и парво. Затем, зная, что магноклеточные нейроны проецируют свои аксоны и химические вещества за гематоэнцефалический барьер, исследовательская группа использовала красители, которые остаются в пределах барьера, чтобы пометить только парвоцеллюлярные нейроны, которые реже и труднее обнаружить, а также меньше по размеру. .

Затем Делен заручился помощью ученого Джонса Хопкинса Лояла Гоффа, доктора философии, эксперта в построении генетического профиля отдельных клеток. Метод, называемый секвенированием одной клетки, специально считывает РНК отдельной клетки - генетического родственника ДНК - которая указывает, как считывается генетический код клетки и какие белки производятся. Способ чтения нашего генетического кода отличает один тип клеток от другого.

«Это исследование представляет собой всестороннюю характеристику двух типов тесно связанных нейронов, участвующих в регуляции социального поведения», - говорит Гофф, доцент генетической медицины Медицинской школы Университета Джона Хопкинса. "Одна из вещей, которая делает это исследование настолько уникальным, - это мультимодальный аспект этой характеристики; он связывает анатомические, морфологические, электрофизиологические, транскрипционные, генетические и поведенческие особенности, чтобы полностью определить соответствующие и важные различия между этими двумя типами нейронов. "

Исследовательская группа использовала секвенирование отдельных клеток и другие инструменты и методы отслеживания генов, чтобы гарантировать, что субпопуляции магноцеллюлярных и парвоцеллюлярных нейронов действительно различны, чтобы они могли генетически изменить каждую группу, чтобы определить, вызовет ли изменение поведение, подобное аутизму. у мышей. Исследователи измерили, насколько мышам нравятся их социальные взаимодействия и насколько они предпочитают вещи, связанные с этими социальными взаимодействиями (например, постельные принадлежности).

У людей ген FMR1 заглушается посредством клеточного процесса, который добавляет к гену химические вещества, называемые метильными группами. Этот же процесс не происходит у мышей, поэтому, чтобы воспроизвести аномалию гена FMR1, ученые генетически сконструировали мышей так, чтобы у мышей не было функционирующего гена FMR1 ни в мозге, ни только в парвоцеллюлярных нейронах.

Исследователи изучали, как мыши без FMR1 оценивают вознаграждение за формирование социальной связи со взрослой самкой мыши, выступающей в качестве суррогатного родителя. Эти мыши научились любить подстилку, связанную с суррогатным родителем, но не подстилку, связанную с социальным взаимодействием со сверстниками - свидетельство того, что мутации в генах, вызывающих аутизм, выборочно нарушают платоническую любовь, но не заботятся о сыновней любви.

Когда ученые удалили ген FMR1 только в парвоцеллюлярных клетках, а не в магноцеллюлярных, у мышей была такая же реакция: неизменное сродство к вещам, связанным с их суррогатным родителем, по сравнению с вещами, связанными с мышами-сверстниками. Ученые не обнаружили такого предпочтения у мышей, лишенных FMR1 в магноцеллюлярных клетках окситоцина.

В следующей серии экспериментов, направленных на определение специфичности своих результатов с нейронами, продуцирующими окситоцин, ученые изучали, как определенные гены, связанные с риском аутизма, включаются, выключаются или экспрессируются в двух типах нейронов окситоцина. Они обнаружили, что значительно большее количество генов риска аутизма имеет более высокие уровни экспрессии в парвоцеллюлярных нейронах по сравнению с магноцеллюлярными нейронами. Однако, когда ученые изучили гены шизофрении, болезни Альцгеймера и диабета, таких различий в экспрессии генов между двумя типами нейронов окситоцина не было.

«Это говорит нам о том, что разница, которую мы наблюдаем между двумя типами нейронов окситоцина, связана с заболеванием, которое характеризуется нарушенным социальным поведением, но не с заболеваниями, при которых это поведение не является определяющим симптомом», - говорит Долен.

Она также отмечает: «В мозгу может происходить то, что, хотя все клетки мозга могут нести особую мутацию, связанную с аутизмом, некоторые нейроны более уязвимы для симптомов, связанных с социальными связями».

Делен планирует провести аналогичные исследования генов, связанных с другими типами аутизма. Она говорит, что ее работа может указывать на то, что лекарства, которые в настоящее время тестируются на аутизм, такие как интраназальный окситоцин, могут оказаться неэффективными, потому что лечение нацелено на магноцеллюлярные нейроны, которые, как показывает новое исследование, не являются центральными для заболевания. Вместо этого, говорит она, их данные свидетельствуют о том, что парвоцеллюлярные окситоциновые нейроны должны быть в центре внимания при разработке лекарств от аутизма.

Среди других ученых, проводивших исследование, были Истман Льюис, Женевьев Стейн-О'Брайен, Алехандра Патино, Ромен Нарду, Купер Гроссман, Мэтью Браун, Бидии Бангамвабо, Ндейе Ндиай и Даниэль Джовинаццо из Университета Джона Хопкинса, а также Ян Дардани и Конни Джианг из Университета. Пенсильвании.

Это исследование финансировалось Национальным институтом психического здоровья при Национальном институте здравоохранения (R56MH115177 и R01MH117127), Инициативой Чана-Цукерберга и Национальным научным фондом.