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USA:Cell头条:单个蛋白影响智力和行为发育

时间:2012-11-25 浏览次数:1253

摘要:

来自Scripps研究院的研究人员发现一种单基因的突变能严重干扰儿童早期大脑环路发育的组织构成,这种基因表达的单个蛋白具有影响智力和行为发育的广泛作用,这将有助于解释遗传突变如何造成复杂认知和行为障碍的,相关成果公布在Cell杂志上。

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来自Scripps研究院的研究人员发现一种单基因的突变能严重干扰儿童早期大脑环路发育的组织构成,这种基因表达的单个蛋白具有影响智力和行为发育的广泛作用,这将有助于解释遗传突变如何造成复杂认知和行为障碍的,相关成果公布在Cell杂志上。

这个遗传突变能引起发育失序症,包括智障,自闭症“在这项研究中,我们完成了此前其他人未能完成的研究”,领导这一研究的Gavin Rumbaugh教授说, “利用一种动物模型,我们分析了引发智力障碍的图表,并找到了异常突触成熟之间的因果关联,在神经发育障碍的成人中常见的大脑发育和影响终生的认知失常就会出现这些异常突触成熟”。

系列的疾病,研究发现这一突变常影响突触,后者正是大脑复杂电化学信号系统中两个神经细胞之间的桥梁。有相当大比例的严重智力和行为障碍的儿童被认为出现了关键神经发育基因的单突变,然而在这一研究之前,科学家们还未能准确找到与智力异常发育有关的致病基因突变和突触功能。

失去平衡

这项研究聚焦于一种关键的突触蛋白:SynGAP1,研究称,编码这种蛋白的基因出现突变,造成了预计上百万人出现异常。

“一些基因在正常认知能力没有受到影响的时候,不会发生改变,”Rumbaugh的说,“SynGAP1是zui重要的认知基因之一,迄今为止,每发现一次干扰SynGAP1功能的突变,就会出现个体大脑无法正常发育的情况,这个基因以一种之前未知的方式调控了突触功能。”

研究人员研发了一种新动物模型,这种模型仅缺失了SynGAP1的一个拷贝,就像某些患有智力缺陷的病患一样,利用这一模型,研究人员发现某些突触在出生后不久就过早发育了,这种活性显著提高的情况在海马区(大脑记忆的关键区域)发育过程中被称为excitability(兴奋)——大脑细胞激活的方式,兴奋与抑制之间的平衡在早期发育阶段尤为重要,此时zui终将构成正常认知和行为功能的神经连接正在形成。

“你可能会觉得这种大脑环路的加速发育会令你更聪明,”Rumbaugh说。”但这种增加的兴奋性其实破坏了大脑的发育,我们认为这些兴奋神经突触的过早成熟扰乱了之后的发育关键进程,从而造成了这一复杂过程出现紊乱,阻遏了正常智力和行为的发育。”

一个关键时机

有趣的是,如果在关键发育阶段后诱导这些突变,则对于突触功能几乎完全没有影响,而且在成人后再修复这些致病突变也不会改善行为和认知。

“这项研究的一个重要发现就在于,我们能够去除这些突变,恢复成年小鼠的SynGAP1蛋白水平,从而显著提高其智力和行为,不过这种干预对其它动物没有效果,”Rumbaugh的说。

这些研究结果表明,对神经发育障碍进行早期干预十分重要,尤其是对于认知障碍问题。这一小组目前正积极的寻找发育过程中的*时期,以便获得修复这些突变的zui有利时机。

Rumbaugh推测道,成功找到这种治疗时机,并结合快速寻找尚在子宫的可能致病基因,将能为根除这种类型的智障,降低自闭症风险提供一条可能的途径, “我们相信,治愈是有可能的,”他说,“而且还有可能存在许多引发这一系列失序症中的某种不同形式失序症的其它单突变,因此我们的这一方法也可以应用于其它疾病研究”。

原文摘要:

Pathogenic SYNGAP1 Mutations Impair Cognitive Development by Disrupting the Maturation of Dendritic Spine Synapses

Mutations that cause inlectual disability (ID) and autism spectrum disorder (ASD) are commonly found in genes that encode for synaptic proteins. However, it remains unclear how mutations that disrupt synapse function impact inlectual ability. In the SYNGAP1 mouse model of ID/ASD, we found that dendritic spine synapses develop prematurely during the early postnatal period. Premature spine maturation dramatically enhanced excitability in the developing hippocampus, which corresponded with the emergence of behavioral abnormalities. Inducing SYNGAP1mutations after critical developmental windows closed had minimal impact on spine synapse function, whereas repairing these pathogenic mutations in adulthood did not improve behavior and cognition. These data demonstrate that SynGAP protein acts as a critical developmental repressor of neural excitability that promotes the development of life-long cognitive abilities. We propose that the pace of dendritic spine synapse maturation in early life is a critical determinant of normal inlectual development.

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