Трисомия по 21 хромосоме (или синдром Дауна) представляет собой одну из форм геномной патологии, при которой чаще всего кариотип человека (совокупность признаков хромосомного набора определённого организма) состоит не из 46, а из 47 хромосом. Связано это с тем, что 21 хромосома представлена не двумя, а тремя копиями. Синдром Дауна не относится к редким патологиям – в среднем это один случай на 700 беременностей. В последнее время благодаря развитию пренатальной диагностики этот показатель снизился до одного случая на 1100 родов.
Всего одна лишняя копия хромосомы и развитие тела и мозга идёт совершенно иначе, чем у большинства людей. Помимо физиологических и анатомических особенностей одной из серьёзных проблем для человека с синдромом Дауна является снижение обучаемости и памяти - ухудшение познавательных процессов (когнитивные эффекты). Это явление представляет собой последствие нарушения мозговой активности.
Одним из факторов, обеспечивающих нормальную работу мозга, является определённый уровень в нервных клетках белка SNX27 (Sorting nexin family member 27). Учёные из Института медицинских исследований Сэнфорда-Бернема (Sanford-Burnham Medical Research Institute) в попытке найти способ лечения последствий синдрома Дауна обратились именно к этим молекулам. Известно, что производство SNX27 замедляется фактором, закодированным в 21-й хромосоме. Дополнительная её копия приводит к уменьшению выработки SNX27, что в свою очередь вызывает когнитивные нарушения.
«В мозге SNX27 отвечает за наличие на поверхности нервных клеток специфических рецепторов, которые необходимы для того, чтобы нейроны «правильно» взаимодействовали и передавали сигнал, - рассказывает ведущий автор исследования Хуаси Сюй (Huaxi Xu). – Мы считаем, что при синдроме Дауна недостаток SNX27, как минимум отчасти, провоцирует развитие расстройства памяти и других когнитивных дефектов».
Исследователи начали свою работу с мышей, у которых не доставало одной копии одноимённого белку гена SNX27 и, как следствие, была нехватка самого SNX27 в нейронах. Они заметили, что грызуны были в целом обычными, но хуже обучались и запоминали. Также удалось выяснить, что SNX27 помимо участия в процессе клеточного эндоцитоза (захвата внешнего материала клеткой путём образования своеобразной мембранной «сумки» или везикулы), ответственен за поддержание необходимого количества глутаматных рецепторов на поверхности нейронов. Последние являются ключевым звеном в образовании синаптических связей – служат для передачи нервного импульса между двумя клетками.Учёным впервые удалось показать, что дефицит SNX27 снижает число активных глутаматных рецепторов, что приводит к нарушению функционирования мозга.
Дальнейшие исследования, уже при участии людей с синдромом Дауна, показали, что в их мозге действительно снижено содержание SNX27.Тогда учёные решили разобраться в причинах этого явления. Доктор Сюй и его коллеги предположили, что дело в молекулах микроРНК, которые не участвуют в кодировании белков, но оказывают влияние на производство генов. Оказалось, что двадцать первая хромосома кодирует так называемую микроРНК-155, с ростом содержания которой в мозге человека количество SNX27 пропорционально уменьшается.
В своей статье, опубликованной в журнале Nature Medicine, учёные заключают, что дополнительная копия 21-й хромосомы заставляет нейроны головного мозга производить дополнительные молекулы микроРНК-155, которые косвенным путём снижают содержание в нейронах белка SNX27, что приводит к уменьшению количества поверхностных глутаматных рецепторов, что в свою очередь приводит к ухудшению обучаемости и памяти.
Воодушевлённые открытым механизмом исследователи на примере мышей продемонстрировали возможность возвращения нормальной функции мозга. С помощью неинфекционного вируса они доставили в мозг грызунов человеческий SNX27. В результате у всех мышей наблюдалось увеличение числа глутаматных рецепторов, возвращение способности к обучению и улучшение памяти.
Учёные с сожалением сообщают, что подобные методы генной терапии пока не могут быть применены на человеке, и теперь исследователям предстоит найти иной способ влияния на выработку организмом дополнительного количества SNX27.
Пока медицина борется с последствиям синдрома Дауна, сами носители этого генетического заболевания могут и живут полной жизнью. Так, недавно 15-летний американец Элай Реймер (Eli Reimer) вместе с отцом поднялся на базовый лагерь Эвереста (5364 м.), став первым побывавшим там подростком с синдромом Дауна. А в Аргентине дети с таким же диагнозом сделали огромное пасхальное яйцо из шоколада, претендующее на рекорд Гиннесса.