Гиперактивность ретикулярного ядра таламуса вызвала симптомы РАС у мышей

Расстройства аутистического спектра (РАС) — это нарушения нейроразвития, характеризующиеся стереотипным поведением, трудностями в социальном взаимодействии, сенсорной гиперчувствительностью, а также проблемами со сном и судорогами. Из-за этих особенностей ученые обращают все больше внимания на таламокортикальную систему, которая регулирует многие из этих функций. Важная часть этой системы — ретикулярное ядро таламуса (RT), которое состоит из ГАМКергических (ингибиторных) нейронов и участвует в фильтрации сенсорных сигналов. Нейроны RT могут становиться гипервозбудимыми и запускать патологические ритмы, связанные с судорогами и двигательной гиперактивностью. Ранее RT уже связывали с такими расстройствами, как СДВГ, шизофрения и депрессивные состояния, однако в контексте РАС эта структура еще не изучалась.

Один из генетических факторов риска при РАС — это ген Cntnap2, кодирующий белок клеточной адгезии между нейронами и микроглией. У мышей при нокауте этого гена возникает спектр нарушений, сходных с симптомами РАС у людей: повышенная чувствительность к раздражителям, судороги, проблемы со сном, чрезмерная активность, сниженный интерес к социальным взаимодействиям и стереотипные движения. Авторы статьи в Science Advances проанализировали, как меняется активность нейронов RT у мышей с нокаутом Cntnap2.

Чтобы выяснить, повышает ли отсутствие Cntnap2 склонность к судорогам, исследователи ввели мышам пентилентетразол — антагонист ГАМК-рецепторов, усиливающий возбудимость мозга. У нокаутных мышей чаще развивались миоклонические и генерализованные судороги, чем у контрольных животных, а на ЭЭГ чаще фиксировались пики с частотой 4–7 Гц, характерные для эпилептической активности. Также у животных с нокаутом Cntnap2 была выше двигательная активность в тесте открытого поля, они больше времени проводили за грумингом и меньше стремились к социальным взаимодействиям — как парным, так и в тесте с тремя камерами. (В этом социальном тесте мышь помещают в камеру, один выход из которой ведет в камеру к другой мыши, а второй — к неживому объекту. В норме мыши проводят больше времени, изучая потенциального социального партнера.)

На следующем этапе авторы исследовали электрическую активность в цепи между ретикулярным и вентробазальным ядрами таламуса. Эксперименты проводили in vitro, на горизонтальных срезах мозга, в которых сохранена внутренняя организация таламокортикальных путей. У мышей с нокаутом Cntnap2 наблюдались более частые и продолжительные спонтанные вспышки активности. При подаче электрических импульсов в область внутренней капсулы, где проходят волокна таламокортикального пути, клетки нокаутных мышей отвечали более сильными и устойчивыми волнами активности. Аналогичные результаты были получены при оптогенетической активации кортикальных волокон, проецирующихся в RT. Все это указывает на гипервозбудимость цепи между RT и таламусом у мышей с нокаутом Cntnap2.

Регистрацию электрической активности нейронов ученые проводили методом пэтч-кламп. Они обнаружили, что нейроны RT у нокаутных мышей становятся гипервозбудимыми за счет усиления тока через кальциевые каналы T-типа (потенциалзависимые кальциевые каналы, активируемые деполяризацией).

Чтобы проследить, как нейроны RT ведут себя в живом мозге, исследователи использовали метод фиброфотометрии. У мышей с нокаутом Cntnap2 эти нейроны были гиперактивны в широком диапазоне условий: при освещении, в темноте, при социальном взаимодействии и при вызванных препаратом судорогах. У контрольных мышей они активно реагировали на свет и социальные стимулы, а в темноте и при взаимодействии с неодушевленными предметами их активность снижалась. Эти результаты показали, что гиперактивность RT у нокаутных мышей связана именно с обработкой социальных и сенсорных сигналов.

Наконец, чтобы проверить, действительно ли гиперактивность RT вызывает поведенческие нарушения, ученые решили подавить эти нейроны. В первом эксперименте нокаутным мышам вводили препарат Z944 — селективный блокатор кальциевых каналов T-типа, которые запускают высокочастотную активность в нейронах ретикулярного таламуса. После введения препарата активность этих нейронов снижалась, и это в том числе ослабляло судорожную активность. В поведенческих тестах мыши демонстрировали меньше двигательной гиперактивности и больше интереса к социальному взаимодействию.

Во втором подходе ученые применили хемогенетический подход. В нейронах RT экспрессировали ингибиторные рецепторы, активируемые исключительно синтетическими лигандами (DREADD). Соединение C21 селективно подавляло активность нейронов с таким рецептором. После введения C21 гиперактивность RT у нокаутных животных снижалась, и их поведение в тестах также улучшалось: восстанавливалась заинтересованность в социальном взаимодействии и снижалось время груминга. Однако длительность социальных взаимодействий оставалась сниженной. Кроме того, активация RT нейронов мышей дикого типа с помощью DREADD усиливала симптомы РАС.

Результаты исследования подчеркивают, что гиперактивность ретикулярного ядра таламуса может играть ключевую роль в формировании симптомов РАС. Подавление его активности с помощью селективных блокаторов кальциевых каналов Z944 и через хемогенетическое торможение улучшает социальное поведение и снижает стереотипные движения. Все это делает RT не только важной мишенью для дальнейшего изучения, но и перспективным кандидатом для таргетной терапии РАС.

Дефицит MDGA2 у мышей приводит к появлению симптомов расстройства аутистического спектра