В поисках лучших способов тестирования новых методов лечения и дальнейшего изучения воздействия уникальной генетики, связанной с синдромом Дауна, исследователи из Медицинского центра Джонса Хопкинса и Университета Тоттори в Японии генетически спроектировали и охарактеризовали то, что считается первой крысиной моделью синдрома Дауна. .
Отчет об их исследовании появился 24 января в The American Journal of Human Genetics .
Ученые долго искали способы улучшить медицинское обслуживание людей с синдромом Дауна, особенно тех, кто страдает физическими и психическими проблемами, которые являются отличительными признаками этого состояния. К ним относятся повышенный риск пороков сердца, проблем с желудочно-кишечным трактом и трудности с обучением и памятью.
«Разработка животной модели , которая имеет те же черты, что и у человека с синдромом Дауна, позволит нам более эффективно тестировать терапевтические средства, с более высокими шансами разработать те, которые могут работать на людях», — говорит Роджер Х. Ривз, доктор философии, профессор физиологии в Медицинская школа Университета Джонса Хопкинса.
По своей сути синдром Дауна является результатом так называемой хромосомной «трисомии» или тройного удвоения. Типичная человеческая клетка имеет 23 пары хромосом, которые содержат генетические инструкции, управляющие ее внутренней работой и тем, как она взаимодействует с остальным телом. Синдром Дауна возникает, когда человек рождается с дополнительной частичной или полной копией 21-й хромосомы, состояние, называемое трисомией 21. Эффекты этой дополнительной хромосомы широко выражены во всем организме, и ее влияние варьируется у разных людей.
Крысы не производят потомство с дополнительной 21-й хромосомой, как люди, случайным образом, поэтому исследователи решили совершить сложный подвиг генной инженерии, чтобы создать крыс с дополнительной 21-й хромосомой.
Процесс включал перенос 21-й хромосомы из лейкоцитов человека в клетки мыши, затем в клетки цыпленка, затем в клетки хомяка и, наконец, в эмбрион крысы.
При каждом переносе исследователи вносили различные генетические модификации, включая добавление зеленого светящегося белка, который в ультрафиолетовом свете идентифицировал крыс с дополнительными 21-ми хромосомами.
Затем Ривз и его команда оценили познание и физические характеристики генетически модифицированных крыс на наличие признаков, связанных с дополнительной 21-й хромосомой.
Например, чтобы проверить обучаемость и память крыс, исследователи провели стандартизированные тесты в лабиринте с генетически модифицированными крысами.
Крысам с лишней 21-й хромосомой требовалось больше времени, чтобы пройти лабиринт, чем генетически типичным крысам. Им также было труднее запомнить решение лабиринта, когда им предлагалось решить одну и ту же головоломку в течение четырех дней подряд.
Другие когнитивные тесты показали, что в целом крысы с дополнительной 21-й хромосомой были более тревожными и гиперактивными, чем крысы без дополнительной хромосомы. Эти результаты согласуются с оценками людей с синдромом Дауна, которые сообщают о более высоких показателях тревожности, нарушений внимания и нарушений обучения и памяти.
В анатомических исследованиях исследователи также обнаружили, что структура мозга, называемая мозжечком, была значительно меньше у крыс с дополнительной 21-й хромосомой. Мозжечок занимает центральное место в основных функциях организма, включая обработку сообщений в мозгу, и у людей с синдромом Дауна он намного меньше.
«Уже достигнут прогресс в разработке фармацевтических препаратов, помогающих росту мозжечка у мышей», — говорит Ривз. «Если мы в конечном итоге переведем это в лекарства для людей, мы сможем помочь людям с синдромом Дауна улучшить свои навыки обучения и памяти».
Отчетливые лицевые различия людей с синдромом Дауна, такие как более плоские лица, миндалевидные глаза и меньшая голова, также присутствовали у крыс. В то время как люди не могут посмотреть на крысу и определить, отличается ли ее морда от типичного грызуна, компьютерная программа может измерить различия. Черепа были отсканированы на компьютерной томографии, а данные добавлены в программу компьютерного моделирования, которая показала, что у крыс укороченные морды. Кости, образующие эти черты в черепе крысы, соответствуют человеческим черепам , образующим характерное «уплощение» лица у людей с синдромом Дауна.
Наконец, у 17% крыс с дополнительной 21-й хромосомой была аномалия желудочков сердца, аналогичная той, которая диагностируется у 21% детей с синдромом Дауна .