Вчені з'ясовують, як мутації в мовному гені викликають дефіцит мовлення

Мутації гена під назвою Foxp2 були пов’язані з типом розладу мовлення під назвою апраксія, який ускладнює створення послідовності звуків. Нове дослідження Массачусетського технологічного інституту та Національного університету Ян Мін Чіао Тун проливає світло на те, як цей ген контролює здатність вимовляти мову.

Під час дослідження мишей дослідники виявили, що мутації у Foxp2 порушують утворення дендритів і нейрональних синапсів у смугастому тілі мозку, які відіграють важливу роль у контролі руху. Миші з цими мутаціями також продемонстрували порушення здатності виробляти високочастотні звуки, які вони використовують для спілкування з іншими мишами.

Дослідники виявили, що ці збої виникають через те, що мутації Foxp2 перешкоджають належному збиранню моторних білків, які переміщують молекули в клітинах.

«Ці миші мають аномальну вокалізацію, а в смугастому тілі є багато клітинних аномалій», — каже Енн Грейбіл, професор Інституту Массачусетського технологічного інституту, член Інституту дослідження мозку Макговерна Массачусетського технологічного інституту та автор статті. «Це було захоплююче відкриття. Хто б міг подумати, що проблеми з мовленням можуть виникнути через маленькі двигуни всередині клітин?»

Контроль мовлення

Діти з апраксією, пов’язаною з Foxp2, як правило, починають говорити пізніше, ніж інші діти, і їхню мову часто важко зрозуміти. Вважається, що розлад виникає через порушення в ділянках мозку, таких як смугасте тіло, які контролюють рухи губ, рота та язика. Foxp2 також експресується в мозку співочих птахів, таких як зеброві в’юрки, і є критично важливим для здатності цих птахів вивчати пісні.

Foxp2 кодує фактор транскрипції, що означає, що він може контролювати експресію багатьох інших цільових генів. Багато видів експресують Foxp2, але люди мають особливу форму Foxp2. У новому дослідженні дослідники хотіли дослідити, як мутація Foxp2, яка була пов’язана з апраксією, впливає на продукцію мови, використовуючи ультразвукові вокалізації у генно-модифікованих мишей як проксі для мови. Багато гризунів та інших тварин, таких як кажани, видають ці вокалізації, щоб спілкуватися один з одним.

У той час як попередні дослідження припускали, що Foxp2 впливає на ріст дендритів і формування синапсів, механізм того, як це відбувається, не був відомий. У новому дослідженні вчені досліджували один запропонований механізм, який полягає в тому, що Foxp2 впливає на моторні білки. Одним із цих молекулярних двигунів є білковий комплекс динеїну, великий кластер білків, який відповідає за переміщення молекул уздовж каркасів мікротрубочок у клітинах.

Усі види молекул переміщуються в різні місця в наших клітинах, і це, звичайно, вірно для нейронів», — каже Грейбл. «Існує ціла армія крихітних молекул, які переміщують молекули в цитоплазмі або поміщають їх у мембрану. У нейроні вони можуть посилати молекули з тіла клітини вниз по аксонах.

Делікатний баланс

Комплекс динеїну складається з кількох інших білків. Найважливішим з них є білок під назвою динактин-1, який взаємодіє з мікротрубочками, дозволяючи двигуну динеїну рухатися по мікротрубочках. У новому дослідженні дослідники виявили, що динактин-1 є однією з основних мішеней фактора транскрипції Foxp2.

Дослідники зосередилися на смугастому тілі, одній з ділянок, де Foxp2 найчастіше зустрічається, і показали, що мутована версія Foxp2 не здатна пригнічувати виробництво динактин-1. Без цього гальма клітини виробляють занадто багато цього білка. Це порушує тонкий баланс динеїн-динактин-1, який перешкоджає руху динеїнового двигуна вздовж мікротрубочок.

Ці двигуни необхідні для переміщення молекул, необхідних для росту дендритів і формування синапсів на дендритах. Оскільки ці молекули застрягли в тілі клітини, нейрони не можуть утворювати синапси, щоб генерувати відповідні електрофізіологічні сигнали, необхідні для створення мови.

Миші з мутованою версією Foxp2 мали аномальну ультразвукову вокалізацію, яка зазвичай має частоту приблизно від 22 до 50 кілогерців. Дослідники показали, що вони можуть усунути ці порушення вокалізації та дефіцит молекулярної рухової активності, росту дендритів і електрофізіологічної активності, відключивши ген, який кодує dynactin1.

Мутації Foxp2 також можуть сприяти виникненню розладів аутистичного спектра та хвороби Хантінгтона через механізми, які зараз вивчають багато інших дослідницьких груп. Вчені також досліджують потенційну роль аномальної експресії Foxp2 у субталамічному ядрі мозку як можливого фактора хвороби Паркінсона.

ДЖЕРЕЛО: https://medicalxpress.com/