یادگیری در سندرم داون و تغییرات در ماده تاریک ژنوم

به گزارش واحد ژنتیک پایگاه اطلاع رسانی علوم آزمایشگاهی ایران، محققان مرکز تنظیم ژنومیک (CRG) دریافته اند که ژن Snhg11 برای عملکرد و تشکیل سلول های عصبی در هیپوکامپ حیاتی است. آزمایش ها با موش ها و بافت های انسانی نشان داد که این ژن در مغزهای مبتلا به سندرم داون فعالیت کمتری دارد و به طور بالقوه به نقص حافظه مشاهده شده در افراد مبتلا به این بیماری کمک می کند. به طور سنتی، بیشتر تمرکز در ژنومیک بر روی ژن های کدکننده پروتئین بوده است که در انسان تنها ۲ درصد از کل ژنوم را تشکیل می دهند. بقیه ماده تاریک است، از جمله بخش های وسیعی از توالی های DNA غیر کد کننده که پروتئین تولید نمی کنند، اما به طور فزاینده ای به دلیل نقش آنها در تنظیم فعالیت ژن، تاثیرگذاری بر ثبات ژنتیکی، و کمک به صفات و بیماری های پیچیده شناخته شده دارند.

Snhg11 یکی از ژن های موجود در ماده تاریک است. این یک RNA طولانی غیر کدکننده است، نوع خاصی از مولکول RNA که از DNA رونویسی می شود اما برای پروتئین کد نمی کند. RNA های غیر کدکننده تنظیم کننده های مهم فرآیندهای بیولوژیکی طبیعی هستند و بیان غیرعادی آنها قبلاً با ایجاد بیماری های انسانی مانند سرطان مرتبط بوده است. این مطالعه اولین شواهدی است که نشان می دهد یک RNA غیر کدکننده نقش مهمی در پاتوژنز سندرم داون دارد. سندرم داون یک اختلال ژنتیکی است که به دلیل وجود یک نسخه اضافی از کروموزوم 21، که به عنوان تریزومی 21 نیز شناخته می شود، ایجاد می شود. این شایع ترین علت ژنتیکی ناتوانی ذهنی است که تخمین زده می شود پنج میلیون نفر را در سراسر جهان تحت تاثیر قرار دهد. افراد مبتلا به سندرم داون مشکلات حافظه و یادگیری دارند، مشکلاتی که قبلاً با ناهنجاری هایی در هیپوکامپ، بخشی از مغز که در یادگیری و تشکیل حافظه نقش دارد، مرتبط بود.

این ژن به ویژه در شکنج دندانه دار فعال است، بخشی از هیپوکامپ برای یادگیری و حافظه و یکی از معدود مناطق مغز که در آن نورون های جدید به طور مداوم در طول زندگی ایجاد می شود. محققان دریافتند که بیان غیر طبیعی Snhg11 منجر به کاهش نوروژنز و تغییر شکل پذیری می شود که نقش مستقیمی در یادگیری و حافظه دارد، بنابراین نقش کلیدی در پاتوفیزیولوژی ناتوانی ذهنی را نشان می دهد. نویسندگان مقاله اخیر، هیپوکامپ را در مدل های موش مطالعه کردند که ساختار ژنتیکی مشابه سندرم داون در انسان دارند. هیپوکامپ دارای انواع مختلف سلولی است و هدف این مطالعه درک چگونگی تأثیر وجود کروموزوم 21 اضافی بر این سلول ها بود. محققان هسته هایی را از سلول های مغز جدا کردند و از تکنیکی به نام توالی یابی RNA تک هسته استفاده کردند تا ببینند کدام ژن ها در هر سلول فعال هستند. یکی از برجسته ترین یافته ها در سلول های شکنج دندانه دار بود، جایی که محققان کاهش مهم بیان Snhg11 را تشخیص دادند. محققان همچنین سطوح پایین تری از Snhg11 را در همان انواع بافت های مغز پس از مرگ انسان با تریزومی 21 یافتند که نشان دهنده ارتباط با موارد انسانی است.

محققان برای درک اثرات کاهش بیان Snhg11 بر شناخت و عملکرد مغز، سپس به طور تجربی فعالیت این ژن را در مغز موش های سالم کاهش دادند. آنها دریافتند که سطوح پایین Snhg11 برای کاهش انعطاف پذیری سیناپسی کافی است، که توانایی اتصالات عصبی برای تقویت یا ضعیف شدن در طول زمان است. شکل پذیری سیناپسی برای یادگیری و حافظه بسیار مهم است. همچنین توانایی موش برای ایجاد نورون های جدید را کاهش داد. محققان برای درک تأثیر واقعی یافته های خود، آزمایش های رفتاری مختلفی را با موش ها انجام دادند. این آزمایش ها تأیید کردند که سطوح پایین Snhg11 منجر به مشکلات حافظه و یادگیری مشابهی می شود که در سندرم داون دیده می شود، که نشان می دهد این ژن عملکرد مغز را تنظیم می کند. Snhg11 قبلا با تکثیر سلولی در انواع مختلف سرطان مرتبط بوده است. محققان قصد دارند تحقیقات بیشتری را برای کشف مکانیسم های دقیق عمل انجام دهند، اطلاعاتی که می تواند راه های بالقوه را برای مداخلات درمانی جدید باز کند. آنها همچنین بررسی خواهند کرد که آیا ژن های دیگری که شامل RNA های طولانی غیر کدکننده هستند، که بسیاری از آنها هنوز کشف نشده اند، ممکن است به ناتوانی های ذهنی نیز کمک کنند. مداخلات زیادی برای کمک به افراد مبتلا به سندرم داون برای زندگی مستقل وجود دارد، اما فقط تعداد کمی از آنها دارویی هستند. مطالعاتی مانند این به ایجاد پایه هایی برای یافتن راهبردهایی کمک می کند که می توانند به بهبود حافظه، توجه و عملکردهای زبانی کمک کنند یا از زوال شناختی مرتبط با پیری جلوگیری کنند.