Терапия смягчает характерное для РАС поведение у мышей

Расстройства аутистического спектра (РАС) генетически чрезвычайно гетерогенны. Недавно ученые выявили множество транскрипционных регуляторов, связанных с РАС. Были получены мышиные модели, у которых мутации в таких генах, как Chd8 и Smarcc2, связанных с ремоделированием хроматина, вызывают характерное поведение. Тем не менее, нам мало известно об их клинической значимости, что затрудняет поиск терапии.

Ученым известно о связи 91 хроматинового и генного регулятора с РАС. Из них MYT1L специфично и постоянно экспрессируется практически во всех нейронах на протяжении жизни. Это транскрипционный фактор с мотивом «цинковые пальцы». Мутации в нем были обнаружены у людей с умственной отсталостью, шизофренией, эпилепсией и РАС. MYT1L связан с идентичностью нейронов, он подавляет сигнальные пути WNT и NOTCH in vitro. Гаплонедостаточность Myt1l, вызванная мутацией со сдвигом рамки считывания в экзоне 15 или делецией в экзоне 9 влияет на развитие мозга и поведение у мышей. Немецкие исследователи использовали мышей, а также человеческие индуцированные нейроны, чтобы понять роль MYT1L в ходе развития, а также изучить ассоциированные с MYT1L нарушения нервной системы.

Исследователи получили мышей с делецией в 7 п.н. в экзоне 6 Myt1l. Сдвиг рамки считывания приводит к раннему появлению стоп-кодона. Гетерозиготы жизнеспособны и плодовиты, однако гомозиготы погибают после рождения.

Авторы секвенировали РНК единичных клеток префронтальной коры мышей сразу после рождения. Они идентифицировали специфичные по мутантному Myt1l субпопуляции. Снижение уровня MYT1L изменило профиль экспрессии генов, в частности, выросла экспрессия многих генов, не связанных с работой нейронов.

У мутантных мышей был нарушен нейрогенез. Общий размер мозга у них оставался неизменным, при этом мозг весил меньше. Кора у мутантных мышей была тоньше на 10% у гетерозигот и на 15% у гомозигот.

После этого авторы секвенировали РНК коры в точках E18,5 (пик экспрессии Myt1l), P0 (рождение), P22 и три месяца. Они выявили несколько сотен дифференциально экспрессируемых генов. У гетерозигот гены-таргеты MYT1L экспрессировались сильнее или слабее, а у гомозигот 60% таргетов экспрессировались сильнее, что подтверждает роль MYT1L как репрессора. Профиль экспрессии показал, что мутация в гене Myt1l вызывает задержку в развитии мозга. Также была нарушена регуляция генов, ассоциированных с эпилепсией, шизофренией и РАС. Гены, сильнее экспрессируемые у пациентов с РАС, также сильнее экспрессировались у мутантных мышей. То же самое было показано для слабее экспрессируемых генов.

При наблюдении за поведением мутантных мышей авторы отметили повышение их активности. Мутантные мыши проводили на 70% больше времени на открытых местах. То есть мыши с мутантным MYT1L испытывали меньше беспокойства, что соотносится с другими мышиными моделями РАС. У мутантных самцов также изменялось социальное поведение — они не искали новых социальных контактов.

Ученые получили человеческие эмбриональные стволовые клетки с активируемым нокаутом MYT1L в гетерозиготе. Клетки дифференцировали в нейроны. В мутантных клетках снижалась экспрессия генов, характерных для нейронов, и изменялась регуляция генов, ассоциированных с эпилепсией, шизофренией и РАС. Изменялась экспрессия тех же генов, что и у мышей. В мутантных клетках активировались другие программы развития, характерные для мышечных и сердечных клеток. По крайней мере частично за это отвечало повышение сигналинга WNT и NOTCH.

Электрофизиологические свойства мутантных нейронов в значительной мере изменились. Была продемонстрирована их гиперактивность. Изменения коррелировали со снижением белка MYT1L. То же было показано на первичных мышиных нейронах.

При анализе генов-таргетов MYT1L исследователи показали, что почти в два раза выросла экспрессия гена SCN5A, кодирующего натриевый канал. В норме он экспрессируется в нейронах на низком уровне. Авторы поставили вопрос, может ли оверэкспрессия MYT1L в постмитотических мутантных нейронах восстановить нормальную экспрессию таргетных генов. Они показали, что в результате оверэкспрессии MYT1L экспрессия таргетных генов нормализовалась, как и электрофизиологические свойства клеток. Эти свойства можно восстановить также с помощью нокдауна SCN5A. Исследователи проверили, сможет ли ламотриджин, который блокирует натриевые канали, восстановить фенотип. Под действием ламотриджина электрофизиологические свойства клеток пришли в норму.

Авторы проверили, какой эффект ламотриджин окажет на мутантных мышей. У них нормализовались уровни беспокойства и активности. Это значит, что электрофизиологические свойства нейронов влияют на изменения поведения (по крайней мере, частично). Таким образом, мутации в MYT1L влияют не только на развитие, но и на функции нейронов у взрослого организма. Авторы говорят о том, что таргетная терапия может положительно повлиять на пациентов на поздних этапах развития. 

Потомки мышей, перенесших воспаление во время беременности, склонны к аутистическому поведению