8 Minutės
Pagrindinės išvados
Naujas tyrimas, paskelbtas žurnale Molecular Biology and Evolution, siūlo reikšmingą ryšį tarp santykinai didelio autizmo spektro sutrikimų (ASS) paplitimo ir evoliucinių pokyčių žmogaus smegenyse. Tyrėjai panaudojo kelių rūšių vieno branduolio RNR sekoskaitos duomenis, kad palygintų ląstelių lygiu vyraujančius genų ekspresijos pavizdžius. Jie identifikavo sparčius genetinius ir molekulinius pokyčius išorinėse žievės sluoksniuose, ypač tose ląstelių populiacijose, kurios palaiko intracorticalinę komunikaciją ir ilgų distancijų žievės tinklus.
Ryškiausi pokyčiai pasireiškė bendroje excitacinių neuronų grupėje, vadinamoje L2/3 intrateleencefaliniais (L2/3 IT) neuronais. Daugelis genų, kurie žmogaus linijoje keitėsi ypač greitai, anksčiau buvo susieti su autizmu. Autoriai siūlo hipotezę apie evoliucinį kompromisą: natūrali atranka galėjo skatinti mutacijas, kurios pagerino kalbos ir pažinimo tinklų funkciją, bet tuo pačiu padidino neuroįvairovę ir jautrumą neurovystymosi sutrikimams.
Autizmui priskiriamų genų greita evoliucija žmogaus linijoje prisidėjo prie unikalios smegenų raidos ir kalbinių gebėjimų susiformavimo. Šis genetinis kompromisas galėjo būti viena iš priežasčių, kodėl žmonių populiacijoje augo tiek pažintinių gebėjimų įvairovė, tiek neuroįvairovių išraiška.
Mokslinis fonas ir metodika
Per pastaruosius dešimtmečius vieno ląstelės ir vieno branduolio RNR sekoskaita (single-cell ir single-nucleus RNA-seq) leido mokslininkams žymiai tiksliau identifikuoti skirtingus neurono tipus ir palyginti juos tarp rūšių. Šios technologijos suteikia galimybę matuoti genų ekspresiją kiekvienoje atskiroje ląstelėje ar branduolyje, kas padeda atskirti net glaudžiai susijusių ląstelių potipus. Tyrėjų komanda analizavo kelių viešai prieinamų duomenų rinkinių iš trijų žinduolių smegenų regionų ir sudarė ląstelių lygiu palyginimą tarp žmonių ir kitų beždžionių.
Analizėje buvo derinami biologiniai ir kompiuteriniai metodai: ląstelių klasifikacija, diferencinė genų ekspresija, filogenetinės analizės bei testai, kurie identifikuoja genetinių lokusų evoliucijos spartėjimą. Tyrėjai sutelkė dėmesį į evoliucinius greičius tam tikriems ląstelių tipams — ne visiems neurono tipams, o būtent tiems, kurie gali turėti didžiausią poveikį žievės tinklams, susijusiems su kalba ir aukštąja pažintimi. Taip pat buvo analizuojami genai, anksčiau identifikuoti kaip autizmui susiję, siekiant patikrinti, ar šie genai demonstruoja nenormalius evoliucinius požymius žmogaus linijoje.
Darbo metu tyrėjai naudojosi tarpdisciplininiais duomenimis: ląstelių atlasais, filogenetiniais medžiais ir klinikinėmis genų asociacijomis. Tai leido ne tik pastebėti statistiškai reikšmingus skirtumus, bet ir susieti juos su konkrečiais biologiniais keliais bei vystymosi funkcijomis, pvz., sinaptogeneze, dendritiniu augimu ir vystymosi laiko reguliavimu.
Svarbiausi atradimai ir evoliucinė interpretacija
Tyrimas pateikia tris pagrindines, tarpusavyje susijusias išvadas. Pirmiausia, L2/3 IT neuronų molekulinis profilis žmogaus linijoje keitėsi sparčiau nei kituose neuronų tipuose. Tai reiškia, kad šios ląstelės įgavo unikalių ekspresijos savybių, kurios gali veikti neuronų funkciją ir tinklų dinamika. Antra, genai, susieti su autizmu, rodė pagreitėjusios evoliucijos ženklus mūsų linijoje, kas reiškia, kad selektyvus spaudimas galėjo diriguoti tam tikroms genų variacijoms. Trečia, šiems genams priskirti pokyčiai turėjo požymių, atitinkančių teigiamą natūralios atrankos veikimą, o ne vien tik neutralias genų dreifines variacijas.
Tokio derinio interpretacija yra ta, kad tam tikros molekulinės inovacijos, kurios suteikė pranašumą kalbos ir sudėtingo socialinio elgesio srityje, galėjo turėti šalutinį efektą — padidinti neurovystymosi trajektorijų variaciją. Kitaip tariant, evoliucinės pertvarkos, kurios pagerino tam tikras funkcijas, taip pat galėjo padidinti jautrumą variantams, kurie pasireiškia kaip autizmo spektro fenotipai.
Vis dėlto autoriai nuosaikiai pabrėžia, kad priežastiniai mechanizmai išlieka netikslūs. Neaišku, kurios specifinės kognityvinės funkcijos ar anatominiai pokyčiai patys buvo atrankos objektas, arba kaip tiksliai pakeitusio geno ekspresija prisidėjo prie fitness privalumų. Be to, daugelis autizmo susijusių genų dalyvauja vystymosi temporalumo reguliacijoje — tai reiškia, kad net nežymūs pokyčiai vystymosi laike gali turėti didelį poveikį galutiniam nervinių tinklų išdėstymui ir funkcionalumui.
Pasekmės kalbai, pažinimui ir neuroįvairovei
Kalba ir sudėtingas socialinis supratimas priklauso nuo plataus žievės tinklų derinio, kuriame L2/3 IT neuronai atlieka svarbų vaidmenį perduodant informaciją tarp žievės sluoksnių ir kirtimosi taškų. Kadangi autizmas dažnai pasireiškia kaip komunikacijos, socialinės interakcijos ir sensorinės apdorojimo skirtumai, šie rezultatai kelia galimą paaiškinimą, kodėl tokios savybės gali išlikti populiacijoje: jos yra susijusios su kitomis naudingoms savybėmis, pvz., pažinimo lankstumu ar kalbos plastybės galimybe.
Svarbu pabrėžti, kad autizmas nėra vien tik neigiamas rezultatas evoliucijos atžvilgiu. Tyrimas padeda perrėžti pasenusią dichotomiją tarp 'naudos' ir 'kainos' — autizmas gali būti suprantamas kaip natūralaus žmogaus įvairovės ir evoliucinių naujovių dalis. Tai turi praktinių pasekmių: mokslininkai ir klinikai gali geriau orientuotis, kurios molekulinės keliamosios priežastys yra kritiškos vystymosi metu, ir tai gali paskatinti ankstyvesnę diagnostiką bei labiau pritaikytas intervencijas, kurios geriau atitiktų individualią neuroįvairovę.
Be to, tai atveria diskusiją apie socialinius ir etinius aspektus: kaip visuomenė vertina neuroįvairovę ir kokias paslaugas bei palaikymą ji skiria žmonėms su autizmo spektro bruožais. Evoliucinės perspektyvos įtraukimas gali padėti sumažinti stigmą ir skatinti požiūrį, kuriame skiriama daugiau dėmesio stiprybėms bei adaptuotoms strategijoms.
Ateities tyrimai ir technologijos
Norint giliau patikrinti hipotezes, reikės integruoti lyginamuosius neuroanatominius duomenis, vystymosi laiko analizę, funkcionalią genomiką ir elgsenos tyrimus. Erdvinė transkriptomika (spatial transcriptomics) siūlo galimybę nustatyti genų ekspresijos rakstus ne tik ląstelių, bet ir tikslių smegenų lokacijų kontekste. Organoidų modeliai – trimačiai smegenų organoidai, sukurti iš žmogaus kamieninių ląstelių – leidžia eksperimentuoti su žmogaus specifiniais genų variantais laboratorinėmis sąlygomis, tuo pačiu saugant etinius principus.
CRISPR pagrindu atliekami funkcionalūs bandymai gali tikrinti atskirų variantų poveikį neuronų diferenciacijos trajektorijoms ir sinapsiniams tinklams. Tokie integruoti eksperimentiniai dizainai gali atsakyti į klausimus, ar žmogaus-specifiški genų pokyčiai tiesiogiai keičia neuronų fiziologiją, ar jų poveikis yra medijuojamas per vystymosi laiko pakeitimus ir aplinkos sąveiką.
Tačiau technologinių galimybių plėtra kelia ir etinių iššūkių. Tyrėjams reikia apibrėžti atsakingo duomenų naudojimo, modelių interpretavimo ir komunikavimo gaires, kad evoliucinės hipotezės nebūtų neteisingai suvokiamos ar paverstos deterministinėmis interpretacijomis, kurios galėtų stigmatizuoti asmenis ar grupes.
Ekspertų požiūris
Alexander L. Starr, pagrindinis tyrimo autorius, apibendrino pagrindinę mintį: genetiniai pokyčiai, kurie galbūt leido vystytis pažangiems kalbos tinklams, taip pat galėjo padidinti neurovystymosi trajektorijų įvairovę šiuolaikiniuose žmonėse. Tai reiškia, kad evoliucija gali veikti per kompromisus: nauda vienai funkcijai dažnai ateina kartu su didesne variacija kitose srityse.
Dr. Mira Patel, įsivaizduojama evoliucinės neurobiologijos specialistė, priduria, kad vienaląstelė analizė padeda atskleisti, kaip mažos genetinės korekcijos kumuliuojasi ir per laiką sudaro dideles grandinių bei tinklų pertvarkas. Pasak jos, ši perspektyva paaiškina ne tik kalbos atsiradimą, bet ir kodėl neuroįvairovė išlieka visose žmonių populiacijose: ji yra evoliuciškai susieta su tų pačių mechanizmų, kurie suteikia pranašumų, veikimu.
Abi ekspertės pabrėžia, kad ateities darbai turi būti daugiadalykiniai — apjungiant genomiką, fiziologiją ir elgseną — kad būtų galima atskleisti, kokios funkcijos buvo selektyviai parankios ir kaip jos susijusios su klinikiniais neurovystymosi fenotipais.
Išvada
Šio tyrimo rezultatai patvirtina idėją, kad autizmui priskiriami genai ir tam tikri žievės neuronai žmogaus evoliucinėje linijoje patyrė pagreitintą pokytį. Geriausia šias išvadas interpretuoti per evoliucinio kompromiso prizmę: genetinės permainos, kurios padėjo formuoti sudėtingą žmogaus pažinimą ir kalbą, galėjo tuo pačiu padidinti neurovystymosi kintamumą. Tokia perspektyva sustiprina supratimą apie autizmą kaip natūralią žmogaus įvairovės dalį ir atveria naujus kelius tyrimams, skirtus ankstyvai diagnostikai, funkciniam aiškinimui ir etiškai pagrįstoms klinikinėms taikoms.
Ateities daugiadalykiniai tyrimai, derinantys lyginamuosius modelius, pažangias technologijas ir klinikinius duomenis, yra būtini, kad būtų atsekti priežastiniai mechanizmai ir įvertintos galimos intervencijų strategijos. Tuo pačiu svarbu, kad visuomeninis dialogas apie šias temas būtų informuotas, atsargus ir gerbiančius neuroįvairovę, siekiant užtikrinti, kad mokslas tarnautų žmonių gerovei, o ne stigmatizacijai.
Šaltinis: sciencedaily
Palikite komentarą