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威廉斯综合症的神经发育模型为人类社会大脑的研究提供了新的视角

时间:2019-01-13 10:23 点击:
在生成分子遗传学的一项研究中,干细胞和大脑和行为的科学,圣地亚哥加州大学的研究人员和索尔克研究所已经创建了一个神经发育模型的一种罕见...

在生成分子遗传学的一项研究中,干细胞和大脑和行为的科学,圣地亚哥加州大学的研究人员和索尔克研究所已经创建了一个神经发育模型的一种罕见的遗传性疾病,可能会提供新的见解底层大脑神经生物学的人类社会。

威廉斯综合症的神经发育模型为人类社会大脑的研究提供了新的视角

研究结果发表在8月10日的《自然》网络版上。科学家们研究了威廉姆斯综合症(Williams syndrome, WS),这是一种罕见的遗传疾病,由7号染色体上25个相邻基因的一个拷贝缺失引起。据估计,大脑中有3万个基因。全世界每1万人中就有1人感染WS,据估计美国有2万人感染WS。这种情况在两性和不同文化中都同样存在。

WS会导致一系列的医学问题以及特定的心脏缺陷。患有这种缺失的人典型的面部特征是小而上翘的鼻子,大嘴巴,丰满的嘴唇和小下巴,也可能有牙齿和整形方面的问题。在神经学上,他们有发育迟缓,有严重的空间缺陷,但在语言使用和面部处理方面有相对优势。

“一个有趣的方面是典型的超社会倾向,”该研究的合著者乌苏拉·贝鲁吉(Ursula Bellugi)说。“有WS缺失的人往往过于友好,过于信任他人,容易被陌生人吸引,但也会感到焦虑。”

但是贝鲁吉说,目前还不清楚遗传学与WS行为方面的联系。“这种疾病的人体模型可以填补科学空白,并有助于理解这种疾病背后的机制。”WS是能够跨越级别的优雅模型,”她说。

作者之一、索尔克大学的Rusty Gage教授说:“通过使用先进的干细胞技术,我们第一次能够通过WS基因图谱直接观察细胞的行为。这项跨学科的研究不仅为这种显著的行为综合症提供了潜在的新疗法,而且还能帮助我们更好地理解社会互动背后的基本生物学过程。

资深研究作者Alysson Muotri博士是加州大学圣地亚哥医学院儿科学和细胞与分子医学副教授,他对WS非常感兴趣,因为WS与他通常对自闭症的研究非常不同,自闭症的特点是社交能力和语言能力较低。

“我着迷于基因缺陷,染色体上的微小缺失,是如何让我们变得更友好,更有同情心,更能接受我们的不同,”穆特里说。

近年来,Muotri和他的同事利用从被丢弃的自闭症儿童乳牙中提取的重编程诱导多能干细胞(iPSC),在体外建立了自闭症细胞模型,这项工作被称为“牙齿仙女项目”。他们在这里又这样做了。

研究小组首先从患有WS的儿童捐赠的牙齿中提取牙髓细胞。这些细胞被重新编程成为神经祖细胞,能够在培养皿中形成类似于人类大脑发育皮层的功能性神经网络。

Muotri说:“我们发现WS神经祖细胞由于细胞死亡水平高而无法增殖。”“由于祖细胞复制减少,WS大脑皮层表面积减少。”

培养的WS神经元具有明显的形态特征。它们比来自正常发育个体的神经元更有分枝(树状,有许多树枝)。Muotri说:“在功能层面上,它们产生的突触或与其他神经元的连接比你想象的要多。”“这可能是WS超社交方面及其合群的人类大脑的基础,为研究自闭症和其他影响社交大脑的疾病提供了线索。”

神经形态学是由加州大学圣地亚哥分校人类学系教授、合著者Katerina Semendeferi博士通过收集罕见的WS死后脑组织标本证实的。一个引人注目的发现是,WS个体的这些皮层神经元比对照组(正常发育的同龄儿童)更为复杂。WS妊娠期可能出现的形态学改变在分娩后仍保留。

Muotri指出,这项研究代表了利用iPSCs和盘内脑技术对疾病过程产生新见解的首批努力之一,而不仅仅是从其他模型复制数据。

除此之外,他认为研究WS可能有助于解释是什么使人类具有社会性——这是人类进化中的一个关键发展。“正是我们的社会力量使我们成为一个协作的物种,”Muotri说,“通过创造诗歌、音乐和技术,我们能够戏剧性地改变我们的环境。”


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