Профили экспрессии генов «уравняли» шизофрению и биполярное расстройство
Исследователи проанализировали и сравнили между собой профили экспрессии генов в мозге при пяти распространенных расстройствах психики — аутизме, шизофрении, депрессии, биполярном расстройстве и алкоголизме. Все заболевания, кроме алкоголизма, оказались в разной степени похожи по экспрессионному профилю, что подтверждается наличием общих генетических маркеров. Статья опубликована в Science, там же можно ознакомиться с редакционной заметкой, посвященной исследованию.
Многие психические заболевания имеют значимую наследственную компоненту, причем одни и те же генетические маркеры нередко коррелируют с разными заболеваниями одновременно. Это может означать, что развитие, к примеру, шизофрении, биполярного расстройства и депрессии, проходит по схожему механизму. Тем не менее, какие именно нарушения на молекулярном уровне происходят в мозге при развитии психических заболеваний, до сих пор неизвестно. Не существует и биохимических тестов, позволяющих диагностировать у пациента то или иное заболевание.
Чтобы продвинуться в понимании механизмов возникновения психических заболеваний на молекулярном уровне, исследователи из Университета Калифорнии (Лос-Анджелес, США) сравнили профили экспрессии генов в коре головного мозга 700 человек, при жизни страдающих пятью самыми распространенными психическими заболеваниями. Работа была проведена в сотрудничестве с научными группами CommonMind, PsychENCODE и iPSYCH-BROAD, которые занимаются анализом экспрессии генов в тканях мозга, взятых у пациентов посмертно.
В выборку вошли 50 бывших пациентов с аутизмом, 159 с шизофренией, 94 с биполярным расстройством, 87 с большим депрессивным расстройством и 17 пациентов с алкоголизмом. В качестве контроля были взяты две выборки — 293 «здоровых» образца и 197 образцов, взятых у пациентов с воспалением кишечника — заболеванием, не связанным с нервной системой. Исследователи смотрели, насколько профили экспрессии генов у больных изменяются по сравнению с контролем, и определяли степень корреляции изменений между собой для разных расстройств попарно.
Максимально похожи друг на друга оказались профили экспрессии при шизофрении и биполярном расстройстве — заболеваниях, которые мало сходны по проявлению, однако имеют общие генетические маркеры. По словам специалистов, это довольно удивительно, так как по клиническим симптомам биполярное расстройство обычно объединяют в одну группу с депрессией (расстройства настроения). Однако коэффициент корреляции экспрессии для депрессии и биполярного расстройства оказался в три раза ниже, чем для шизофрении и биполярного расстройства. На втором месте по степени корреляции оказалась пара шизофрения-аутизм. Несмотря на то, что близнецовые исследования ранее указывали на наличие общей наследственной компоненты у депрессии и алкоголизма, анализ показал, что по экспрессии генов алкоголизм не коррелирует ни с каким другим заболеванием.
Изменения в экспрессии генов также указали на возможные молекулярные механизмы развития заболеваний. К примеру, для аутизма обнаружили повышенную активность генов, связанных с гиперактивацией микроглии — иммунных клеток центральной нервной системы. Это заставило исследователей предположить, что в развитии заболевания задействовано воспаление. Как сообщает редактор Science, один из авторов исследования организовал небольшое клиническое испытание, чтобы посмотреть, как подавление активности микроглии скажется на состоянии пациентов с аутизмом.
В целом авторы отмечают, что сходство профилей экспрессии генов между различными расстройствами согласуется с наличием общих генетических маркеров для этих состояний, что, во-первых, подтверждает значимый вклад генетики в их развитие, а во-вторых, указывает на общность механизмов развития.
Как показали ученые ранее, в развитие шизофрении, вероятно, вносит вклад один из белков иммунной системы, который также участвует в созревании синапсов — контактов между нейронами. Об истории исследования шизофрении и о том, как изучают ее генетическую природу, можно почитать в наших материалах (1, 2, 3).
Эффективнее всего себя показала композиция «We Will Rock You»
Швейцарские ученые внедрили механочувствительные рецепторы в клетки, способные высвобождать инсулин, и они стали реагировать на звуковые волны: ионные каналы впускали положительно заряженные ионы кальция, что заставляло содержащийся в них инсулин сливаться с мембраной и высвобождаться наружу. Эффективнее всего этот процесс происходил под песню «We Will Rock You» группы Queen: у мышей, которым вживили эти клетки, после прослушивания песни заметно снизился уровень глюкозы в крови. Эксперимент описан в журнале The Lancet Diabetes & Endocrinology. Слуховые косточки преобразуют акустические волны звука в механические колебания, которые активируют механочувствительные ионные каналы в волосковых клетках. Вход ионов в клетку приводит к деполяризации мембраны и созданию потенциала действия. Подобные механочувствительные ионные каналы распространены повсеместно у всех организмов, в том числе бактерий, что может быть использовано для генной терапии различных заболеваний: встраивание подобных рецепторов и их активация могли бы менять потенциал действия клетки и, как следствие, ее активность или даже функцию. Однако системная доставка низкомолекулярных триггерных соединений затруднена из-за их иммуногенных эффектов, а физические триггеры, такие как свет, ультразвук, магнитные поля, радиоволны, электричество и температура, не всегда удобны в практическом применении. Ученые из Швейцарской высшей технической школы Цюриха под руководством Мартина Фуссенеггера (Martin Fussenegger) создали стабильные трансгенные клональные линии клеток, способные высвобождать инсулин, которые конститутивно экспрессируют механочувствительные рецепторы Piezo1 млекопитающих или бактериальные механочувствительные рецепторы MscL. Уровень звука в 60 децибел при частоте 50 Герц, который находится в пределах безопасного диапазона для человеческого уха, эффективно активировал эти рецепторы, что приводило к индукции высвобождения инсулина. Визуализация MscL-положительных и MscL-отрицательных клеток показала значительно более высокие уровни внутриклеточного кальция в первой популяции клеток, что означает массовый вход кальция в клетку при активации механорецепторов. Затем ученые проверили влияние различных жанров музыкальных произведений на высвобождение инсулина. Выяснилось, что популярная музыка с низкими басами и саундтреки к фильмам вызывали максимальное выделение инсулина, в то время как реакция на классическую музыку и гитарную музыку была более разнообразной и зависела от композиции. Песня «We Will Rock You» группы Queen высвобождала почти 70 процентов инсулина в течение пяти минут. В эксперименте на мышах с диабетом и трансгенными клетками эта песня приводила к выработке достаточного количества инсулина, чтобы быстро снизить колебания гликемии во время тестов на толерантность к глюкозе. На втором месте по эффективности оказался саундтрек к фильму «Мстители». Клетки активировались только в том случае, если звуковые волны непосредственно воздействовали на кожу над местом имплантации не менее 15 минут Речь, наушники, низколетящие самолеты, газонокосилки, пожарные машины и гудки не приводили к нежелательной секреции инсулина при восприятии с разных расстояний и направлений. Таким образом, эти клетки защищены от незапланированного выброса инсулина. Ученые считают, что эту разработку можно рассматривать как потенциально реальную замену уколам инсулина для людей с диабетом. Ранее мы рассказывали, что введение инсулина в нос помогло людям с деменцией улучшить их когнитивную функцию.