Мутации Foxp1 были впервые выявлены у пациентов с аутизмом и нарушениями речи более десяти лет назад. Во время эмбрионального развития этот белок играет важную роль в управлении активностью многих других генов, связанных с развитием крови, легких, сердца, головного и спинного мозга. Ученые обычно исследовали его роль в нейронах, которые уже сформировались. Новое исследование показывает, что он так же важен и для группы стволовых клеток мозга — предшественников зрелых нейронов.
В новом исследовании, опубликованном в Cell Reports, ученые контролировали уровни Foxp1 в мозге развивающихся мышиных эмбрионов. Они обнаружили, что при нормальном развитии эмбриона этот ген становится активным намного раньше, чем показали предыдущие исследования — в период, когда нервные стволовые клетки, известные как апикальная радиальная глия, только начали делиться и производить множество различных клеток мозга, обнаруженных глубоко в развивающемся мозге.
Однако, когда у мышей отсутствовал Foxp1, на ранних стадиях развития мозга было меньше апикальной радиальной глии, а также меньше глубоких клеток. Когда уровни Foxp1 были выше нормы, исследователи наблюдали больше апикальной глии и избыток глубоких клеток. Кроме того, высокий уровень Foxp1 на поздних стадиях эмбрионального развития приводил к необычным моделям продукции глубоких нейронов даже после рождения мышей.
«Мы увидели, что как избыток, так и недостаток Foxp1 влияет на способность нейронных стволовых клеток делиться и образовывать различные нейроны у мышей. И это соответствует структурным и поведенческим отклонениям, которые наблюдались у людей», — сказал ведущий автор статьи Беннетт Новитч, профессор нейробиологии, сотрудник Центра регенеративной медицины и исследования стволовых клеток в UCLA.
Некоторые люди имеют мутации в гене Foxp1, снижающие его активность, в то время как у других есть мутации, которые меняют его структуру или делают его гиперактивным. Команда также обнаружила намеки на то, что этот белок может быть специфичным для развивающегося человеческого мозга. Исследователи изучили ткани мозга человека и обнаружили, что Foxp1 присутствует не только в апикальной радиальной глии, как это было у мышей, но и во второй группе нервных стволовых клеток, называемой базальной радиальной глией.
Базальная радиальная глия обильно присутствует в развивающемся человеческом мозге, но отсутствует или редка в мозге многих других животных, включая мышей. Однако, когда команда Новитча повысила функцию Foxp1 в мозге мышей, образовались клетки, напоминающие базальную радиальную глию. Ученые выдвинули гипотезу, что базальная радиальная глия связана с размером коры головного мозга человека: ее присутствие в больших количествах в мозге человека может помочь объяснить, почему он непропорционально больше, чем у других животных.
Хотя новое исследование не имеет непосредственного влияния на лечение аутизма и других заболеваний, связанных с мутациями Foxp1, оно помогает исследователям понять основные причины этих нарушений. В будущем ученые планируют изучить, какие гены Foxp1 регулирует в апикальной и базальной радиальной глии, и какую роль эти гены играют в развивающемся мозге.