Сотрудники Калифорнийского Университета в Лос-Анджелесе обнаружили, что мыши с синдромом хрупкой Х-хромосомы проявляют тот же неврологический симптом, что и многие больные аутизмом — тактильную гиперчувствительность. Оказалось, что в основе гиперчувствительности лежит неспособность нейронов в соматосенсорной коре адаптироваться к повторяющимся стимулам. Исследование опубликовано в The Journal of Neuroscience.

Известно, что расстройства аутистического спектра наследуются, однако генетика этой группы заболеваний очень сложна. Считается, что генетические факторы вносят вклад в риск развития заболевания более чем в половине случаев. Чаще болезнь имеет мультифакторную природу, но в редких случаях вызывается мутацией в одном гене. Примером моногенного заболевания, ассоциированного с аутизмом, является синдром хрупкой Х-хромосомы, которым обусловлено около двух процентов случаев аутистических расстройств.

При синдроме хрупкой Х-хромосомы нарушается экспрессия гена FMR1 в результате накопления тринуклеотидных повторов в локусе гена. Белок, который кодируется геном FMR1,необходим для формирования контактов между нейронами, и, соответственно, развития нервной системы. Генетики вывели линию мышей с синдромом хрупкой Х-хромосомы, у которых «выключен» ген FMR1. Эта линия является одной из моделей для изучения аутизма.

Соматосенсорная кора головного мозга крысы. Wikimedia Commons

Больные аутизмом нередко проявляют сенсорную гиперчувствительность, то есть обостренное восприятие разных внешних стимулов. К примеру, тактильная гиперчувствительность проявляется в том, что люди болезненно воспринимают прикосновения. В своем исследовании нейробиологи выяснили, что подобное наблюдается и у вышеупомянутых мышей, нокаутных по гену FMR1. Оказалось, что такие мыши гораздо чаще, чем контрольные, проявляли реакцию избегания в ответ на стимуляцию усиков (вибрисс).

Для объяснения тактильной гиперчувствительности ученые выдвинули три гипотезы, подразумевающие изменение нормальной активации нейронов в соматосенсорной коре опытных мышей. Причиной гиперчувствительности могло стать либо гипервозбуждение нейронов в ответ на стимул, либо увеличение количества нейронов, вовлеченных в реакцию, либо неспособность адаптироваться к повторяющимся стимулам.

Чтобы выяснить какая гипотеза верна, мышам в мозг ввели генетически закодированный флуоресцентный кальциевый сенсор, позволяющий проследить за активацией отдельных нейронов. Таким образом, исследователи наблюдали реакцию в ответ на стимуляцию усиков на уровне отдельных нейронов через отверстие в черепе зафиксированной, но живой мыши. В эксперименте собирали данные по результату двадцати прикосновений.

Схема эксперимента по визуализации ответа нейронов в мозге мышей (слева) и отдельные возбужденные нейроны (справа). He et al / Journal of Neuroscience 2017

Количество и сила возбуждения отдельных нейронов в ответ на прикосновение у гиперчувствительных мышей не изменилась. В норме при воздействии нескольких повторяющихся стимулов возбуждение нейронов начинает снижаться в ответ на каждый последующий стимул. Однако нейроны исследуемых мышей оказались не способны адаптироваться к повторяющимся прикосновениям — ни у двухнедельных, ни у взрослых животных. По-видимому, именно неспособность снижать возбуждение в ответ на повторяющийся стимул стала причиной тактильной гиперчувствительности мышей. Авторы работы отмечают, что ранее дефекты нейронной адаптации были замечены и у аутичных детей в исследовании при помощи магнито-резонансной томографии.

Выяснение механизма сенсорной гиперчувствительности это важный этап в изучении природы аутизма, потому что гиперчувствительность, по мнению авторов работы, лежит в основе множества симптомов аутизма у людей, таких как гипервозбуждение, сниженное внимание и судороги.

Помимо синдрома хрупкой Х-хромосомы известно еще несколько единичных мутаций, приводящих к развитию симптомов аутизма. К примеру, это делеция или удвоение участка на шестнадцатой хромосоме человека. Многие из этих мутаций существуют и в мышиных моделях.

Недавно мы писали о ранней диагностике аутизма с использованием машинного обучения.

Автор: Дарья Спасская