Μια διεθνής ερευνητική ομάδα αποκάλυψε για πρώτη φορά το πώς η πρώιμη ανάπτυξη του εγκεφάλου διαμορφώνει τη δια βίου ψυχική υγεία. Η ομάδα κατάφερε να χαρτογραφήσει την εξέλιξη της ρύθμισης των γονιδίων κατά την ανάπτυξη του ανθρώπινου εγκεφάλου και να δείξει πώς η τρισδιάστατη δομή της χρωματίνης – DNA και πρωτεΐνες – παίζει κρίσιμο ρόλο.
Στη μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό «Nature», συνεργάστηκαν ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας (UCLA), του Σαν Φρανσίσκο (UC San Francisco) του Σαν Ντιέγκο, καθώς και το Salk Institute (Σαν Ντιέγκο) και το Εθνικό Πανεπιστήμιο της Σεούλ. Η ομάδα δημιούργησε τον πρώτο χάρτη τροποποίησης του DNA στον ιππόκαμπο και τον προμετωπιαίο φλοιό – δύο περιοχές του εγκεφάλου που είναι κρίσιμες για τη μάθηση, τη μνήμη και τη συναισθηματική ρύθμιση. Αυτές οι περιοχές εμπλέκονται επίσης συχνά σε διαταραχές όπως ο αυτισμός και η σχιζοφρένεια.
Οι ερευνητές ελπίζουν ότι τα δεδομένα που δημοσιοποίησαν σε μια διαδικτυακή πλατφόρμα, θα αποτελέσουν ένα πολύτιμο εργαλείο για τους επιστήμονες, καθώς θα μπορούν να συνδέσουν τις γενετικές παραλλαγές που σχετίζονται με αυτές τις καταστάσεις, με τα γονίδια, τα κύτταρα και τις αναπτυξιακές περιόδους που είναι πιο ευαίσθητα στις επιπτώσεις τους.
«Οι νευροψυχιατρικές διαταραχές, ακόμη και αυτές που εμφανίζονται στην ενήλικη ζωή, συχνά προέρχονται από γενετικούς παράγοντες που διαταράσσουν την πρώιμη ανάπτυξη του εγκεφάλου», δήλωσε ο Δρ. Τσόνγκγιαν Λούο, μέλος του Eli and Edythe Broad Center of Regenerative Medicine and Stem Cell Research στο UCLA. «Ο χάρτης μας προσφέρει μια βάση για τη σύγκριση γενετικών μελετών εγκεφάλων που έχουν προσβληθεί από ασθένειες που θα μας βοηθήσει να εντοπίσουμε πότε και πού συμβαίνουν μοριακές αλλαγές» πρόσθεσε.
Για να δημιουργήσει τον χάρτη, η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε μια μέθοδο αλληλουχίας που ανέπτυξε και η οποία ονομάζεται «snm3C-seq» (single nucleus methyl-seq and chromatin conformation capture). Αυτή η μέθοδος δίνει τη δυνατότητα στους ερευνητές να αναλύσουν ταυτόχρονα δύο επιγενετικούς μηχανισμούς που ελέγχουν την έκφραση γονιδίων σε μονοκύτταρα: τις χημικές αλλαγές στο DNA (μεθυλίωση) και τη διαμόρφωση της χρωματίνης, την τρισδιάστατη δομή του τρόπου με τον οποίο τα χρωμοσώματα διπλώνονται για να χωρέσουν στους πυρήνες. Η ανακάλυψη του τρόπου με τον οποίο αυτά τα δύο ρυθμιστικά στοιχεία δρουν στα γονίδια που επηρεάζουν την ανάπτυξη, είναι ένα κρίσιμο βήμα για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο τα σφάλματα σε αυτή τη διαδικασία οδηγούν σε νευροψυχιατρικές παθήσεις.
«Η συντριπτική πλειονότητα των παραλλαγών που προκαλούν ασθένειες που έχουμε εντοπίσει βρίσκονται μεταξύ γονιδίων στο χρωμόσωμα, επομένως είναι δύσκολο να γνωρίζουμε ποια γονίδια ρυθμίζουν. Μελετώντας τον τρόπο με τον οποίο το DNA διπλώνεται μέσα σε μεμονωμένα κύτταρα, μπορούμε να δούμε πού συνδέονται οι γενετικές παραλλαγές με ορισμένα γονίδια. Αυτό που μπορεί να μας βοηθήσει να εντοπίσουμε τους τύπους κυττάρων και τις περιόδους ανάπτυξης που είναι πιο ευάλωτες σε αυτές τις συνθήκες» εξήγησε ο Λούο.
Για παράδειγμα, η διαταραχή του φάσματος του αυτισμού διαγιγνώσκεται συνήθως σε παιδιά ηλικίας 2 ετών και άνω. Ωστόσο, εάν οι ερευνητές καταφέρουν να κατανοήσουν καλύτερα τον γενετικό κίνδυνο του αυτισμού και πώς αυτός επηρεάζει την ανάπτυξη, θα μπορέσουν ενδεχομένως να αναπτύξουν στρατηγικές παρέμβασης που θα βοηθήσουν στην ανακούφιση των συμπτωμάτων του αυτισμού, ενώ ο εγκέφαλος του παιδιού αναπτύσσεται.
Αναλύοντας περισσότερα από 53.000 εγκεφαλικά κύτταρα από δότες διαφόρων ηλικιών, η ερευνητική ομάδα ανακάλυψε σημαντικές αλλαγές στη ρύθμιση των γονιδίων κατά τη διάρκεια των κρίσιμων αναπτυξιακών περιόδων. Καταγράφοντας ένα τόσο ευρύ φάσμα αναπτυξιακών φάσεων, οι ερευνητές μπόρεσαν να συγκεντρώσουν μια αξιοσημείωτα περιεκτική εικόνα της μαζικής γενετικής «επανακαλωδίωσης» που συμβαίνει σε κρίσιμα χρονικά σημεία στην ανάπτυξη του ανθρώπινου εγκεφάλου.
Μια από τις πιο δυναμικές περιόδους είναι περίπου στη μέση της εγκυμοσύνης. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, τα νευρικά βλαστοκύτταρα που ονομάζονται ακτινικά γλοιακά κύτταρα (radial glial cells) και τα οποία έχουν παραγάγει δισεκατομμύρια νευρώνες κατά το πρώτο και το δεύτερο τρίμηνο της κύησης, σταματούν να παράγουν νευρώνες και αρχίζουν να παράγουν νευρογλοιακά κύτταρα, τα οποία υποστηρίζουν και προστατεύουν τους νευρώνες.
Ταυτόχρονα, οι νεοσχηματισμένοι νευρώνες ωριμάζουν, αποκτώντας τα χαρακτηριστικά που χρειάζονται για να εκπληρώσουν συγκεκριμένες λειτουργίες και σχηματίζοντας τις συναπτικές συνδέσεις που τους επιτρέπουν να επικοινωνούν μεταξύ τους. Αυτό το στάδιο ανάπτυξης έχει παραβλεφθεί σε προηγούμενες μελέτες, είπαν οι ερευνητές, λόγω της περιορισμένης διαθεσιμότητας εγκεφαλικού ιστού από αυτήν την περίοδο.
«Οι συνδέσεις που εντοπίσαμε μεταξύ διαφορετικών τύπων κυττάρων μέσω αυτής της εργασίας θα μπορούσαν να μας βοηθήσουν να εντοπίσουμε σημαντικούς γενετικούς παράγοντες κινδύνου για νευροαναπτυξιακές και νευροψυχιατρικές καταστάσεις» εξήγησε η Μερσέντες Παρέδες, αναπληρώτρια καθηγήτρια νευρολογίας στο UCSF.
Τα ευρήματα έχουν επίσης επιπτώσεις στη βελτίωση των μοντέλων που βασίζονται σε βλαστοκύτταρα, όπως τα οργανοειδή του εγκεφάλου, τα οποία χρησιμοποιούνται για τη μελέτη της ανάπτυξης του εγκεφάλου και διαφόρων ασθενειών. Ο νέος χάρτης προσφέρει ένα σημείο αναφοράς για τους επιστήμονες ώστε να διασφαλίσουν ότι αυτά τα μοντέλα αντιγράφουν με ακρίβεια την ανάπτυξη του ανθρώπινου εγκεφάλου.
«Η ανάπτυξη ενός υγιούς ανθρώπινου εγκεφάλου είναι ένα τεράστιο κατόρθωμα», δήλωσε ο συν-συγγραφέας της μελέτης Δρ. Τζόζεφ Έκερ, καθηγητής στο Ινστιτούτο Salk και ερευνητής στο Ιατρικό Ινστιτούτο Howard Hughes.
«Δημιουργήσαμε μια σημαντική βάση δεδομένων που καταγράφει τις βασικές επιγενετικές αλλαγές που συμβαίνουν κατά την ανάπτυξη του εγκεφάλου, φέρνοντάς μας πιο κοντά στην κατανόηση των προβλημάτων που μπορεί να οδηγήσουν σε νευροαναπτυξιακές διαταραχές όπως ο αυτισμός» κατέληξαν οι ερευνητές.
ΠΗΓΗ: Medicalxpress
