Международен екип с участие на МУ–София установи механизъм, който променя ранното развитие на мозъка при тризомия 21. Данните сочат ключова роля на ензима ADARB1 и ускорено редактиране на РНК.
Учени от Медицинския университет – София, Mount Sinai, Института ‘Либер’ за развитие на мозъка и Университета на Аризона описват нов биологичен процес при синдрома на Даун. Изследването излезе в Nature Communications и хвърля светлина върху това как допълнителната хромозома 21 променя развитието на мозъка още в ранните етапи на бременността.
Екипът установява, че при тризомия 21 се повишава експресията на гена ADARB1, който кодира ензим за редактиране на РНК. Това води до по-ранно и по-изразено редактиране на РНК в развиващите се неврони. Процесът променя начина, по който се синтезират ключови белтъци и влияе върху комуникацията между нервните клетки.
Изследователите анализират фетална мозъчна тъкан от 13‑а до 22‑ра гестационна седмица – критичен период за формиране на невронните мрежи. В проучването участват проби от 20 плода с тризомия 21 и 27 без хромозомната аномалия. Материалът е събиран в продължение на години в биобанката на Центъра по молекулна медицина към МУ–София. Анализът обхваща префронталната кора и хипокампуса – структури с ключова роля за ученето и паметта.
Чрез високопроизводително РНК-секвениране екипът открива широко нарушение на генната експресия в средата на бременността при тризомия 21. Повишените нива на ADARB1 корелират с глобално увеличение на РНК редактирането в мозъчната тъкан.
Особено изразени промени се наблюдават в гените GRIA2, GRIA3, GRIK2 и GABRA3, които кодират субединици на глутаматни и GABA рецептори. Редактирането води до промяна в аминокиселинната последователност на съответните белтъци и може да наруши баланса между възбуждащата и инхибиторната невротрансмисия в момент на активно изграждане на невронните връзки.
‘Установихме, че редактирането на РНК се случва по-рано и по-обширно при тризомия 21 и тази ранна промяна може да повлияе на начина, по който се формират връзките между невроните’, казва водещият автор д-р Майкъл С. Брийн от Mount Sinai.
Екипът потвърждава резултатите чрез комбиниран анализ на девет независими набора от данни. Навсякъде се наблюдава един и същ модел – повишена експресия на ADARB1 и засилено редактиране на РНК при наличие на допълнително копие на хромозома 21.
‘Тези открития предефинират невропатологията на синдрома на Даун и очертават редактирането на РНК като възможен измерим биомаркер за ранното развитие на невронните мрежи’, посочва проф. Джоузеф Д. Буксбаум.
Проф. Радка Кънева от МУ–София подчертава значението на международното сътрудничество и ролята на биобанкирането. По думите ѝ високото качество на съхранените проби е позволило да се изгради уникална извадка. Проф. Виолета Димитрова от СБАЛАГ ‘Майчин дом’ допълва, че дългогодишната координация между клиничния и генетичния екип е в основата на постигнатите резултати.
Авторите смятат, че откритият механизъм отваря път към по-прецизни подходи за проследяване на ранното мозъчно развитие и към бъдещи терапии, насочени към подобряване на неврологичните показатели при хора със синдром на Даун.
Синдромът на Даун, или тризомия 21, възниква при наличие на допълнително копие на хромозома 21. Състоянието се свързва с характерни физически белези и с различна степен на интелектуално затруднение. Молекулярните механизми, които водят до променено мозъчно развитие, все още се изясняват.