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Your Good Partner in Biology Research

Cell頭條:單基因影響智力和行為

日期:2012-11-07 07:36:47

來自Scripps研究院的研究人員發(fā)現(xiàn)一種單基因突變能嚴重干擾兒童早期大腦環(huán)路發(fā)育的組織構成,這種基因表達的單個蛋白具有影響智力和行為發(fā)育的廣泛作用,這將有助于解釋遺傳突變如何造成復雜認知和行為障礙的,相關成果公布在Cell雜志上。

 

這個遺傳突變能引起發(fā)育失序癥,包括智障,自閉癥系列的疾病,研究發(fā)現(xiàn)這一突變常影響突觸,后者正是大腦復雜電化學信號系統(tǒng)中兩個神經細胞之間的橋梁。有相當大比例的嚴重智力和行為障礙的兒童被認為出現(xiàn)了關鍵神經發(fā)育基因的單突變,然而在這一最新研究之前,科學家們還未能準確找到與智力異常發(fā)育有關的致病基因突變和突觸功能。

 

“在這項研究中,我們完成了此前其他人未能完成的研究”,領導這一研究的Gavin Rumbaugh教授說, “利用一種動物模型,我們分析了引發(fā)智力障礙的圖表,并首次找到了異常突觸成熟之間的因果關聯(lián),在神經發(fā)育障礙的成人中常見的大腦發(fā)育和影響終生的認知失常就會出現(xiàn)這些異常突觸成熟”。

 

失去平衡

 

這項研究聚焦于一種關鍵的突觸蛋白:SynGAP1,研究稱,編碼這種蛋白的基因出現(xiàn)突變,造成了全球預計上百萬人出現(xiàn)異常。

 

“一些基因在正常認知能力沒有受到影響的時候,不會發(fā)生改變,”Rumbaugh的說,“SynGAP1是最重要的認知基因之一,迄今為止,每發(fā)現(xiàn)一次干擾SynGAP1功能的突變,就會出現(xiàn)個體大腦無法正常發(fā)育的情況,這個基因以一種之前未知的方式調控了突觸功能。”

 

研究人員研發(fā)了一種新動物模型,這種模型僅缺失了SynGAP1的一個拷貝,就像某些患有智力缺陷的病患一樣,利用這一模型,研究人員發(fā)現(xiàn)某些突觸在出生后不久就過早發(fā)育了,這種活性顯著提高的情況在海馬區(qū)(大腦記憶的關鍵區(qū)域)發(fā)育過程中被稱為excitability(興奮)——大腦細胞激活的方式,興奮與抑制之間的平衡在早期發(fā)育階段尤為重要,此時最終將構成正常認知和行為功能的神經連接正在形成。

 

“你可能會覺得這種大腦環(huán)路的加速發(fā)育會令你更聰明,”Rumbaugh說。”但這種增加的興奮性其實破壞了大腦的發(fā)育,我們認為這些興奮神經突觸的過早成熟擾亂了之后的發(fā)育關鍵進程,從而造成了這一復雜過程出現(xiàn)紊亂,阻遏了正常智力和行為的發(fā)育。”

 

一個關鍵時機

 

有趣的是,如果在關鍵發(fā)育階段后誘導這些突變,則對于突觸功能幾乎完全沒有影響,而且在成人后再修復這些致病突變也不會改善行為和認知。

 

“這項研究的一個重要發(fā)現(xiàn)就在于,我們能夠去除這些突變,恢復成年小鼠的SynGAP1蛋白水平,從而顯著提高其智力和行為,不過這種干預對其它動物沒有效果,”Rumbaugh的說。

 

這些研究結果表明,對神經發(fā)育障礙進行早期干預十分重要,尤其是對于認知障礙問題。這一小組目前正積極的尋找發(fā)育過程中的最佳時期,以便獲得修復這些突變的最有利時機。

 

Rumbaugh推測道,成功找到這種治療時機,并結合快速尋找尚在子宮的可能致病基因,將能為根除這種類型的智障,降低自閉癥風險提供一條可能的途徑, “我們相信,治愈是有可能的,”他說,“而且還有可能存在許多引發(fā)這一系列失序癥中的某種不同形式失序癥的其它單突變,因此我們的這一方法也可以應用于其它疾病研究”。

 


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