Neue Autismus-Forschung an einzelnen Neuronen schlägt Signalisierung Probleme im Gehirn schaltungen

Autismus wirkt sich auf mindestens 2% der Kinder in den Vereinigten Staaten, eine geschätzte 1 in der 59. Dies ist eine Herausforderung sowohl für die Patienten und Ihre Eltern oder Bezugspersonen. Was noch schlimmer ist, ist, dass heute gibt es keine medizinische Behandlung für Autismus. Das ist im großen Teil, weil wir noch nicht vollständig verstehen, wie Autismus entsteht-und verändert die normale Funktion des Gehirns.

Einer der wichtigsten Gründe, es ist schwer zu entziffern, die Prozesse, die Ursache der Krankheit ist, dass es sehr variabel ist. Wie können wir also verstehen, wie Autismus Veränderungen des Gehirns?

Mit Hilfe einer neuen Technologie namens single-Kern-RNA-Sequenzierung analysierten wir die Chemie in bestimmten Gehirn-Zellen von gesunden Menschen und Menschen mit Autismus und identifiziert dramatische Unterschiede, die diese Krankheit verursachen. Diese Autismus-spezifischen Unterschiede konnten wertvolle neue targets für die Medikamentenentwicklung.

Ich bin ein Neurowissenschaftler, die im Labor von Arnold Kreigstein, ein Forscher der menschlichen Entwicklung des Gehirns an der University of California, San Francisco. Seit ich ein teenager war, war ich fasziniert vom menschlichen Gehirn und Computern und die ähnlichkeiten zwischen den beiden. Arbeitet der computer durch richten einer Strömung von Informationen durch miteinander verbundene elektronische Elemente genannt transistoren. Verdrahtung zusammen, viele von diesen kleinen Elementen schafft eine komplexe Maschine in der Lage Funktionen von der Abwicklung einer Bezahlung mit der Kreditkarte zu autopiloting eine Rakete. Obwohl es eine starke Vereinfachung, das menschliche Gehirn ist in vielerlei Hinsicht wie ein computer. Es hat verbundene Zellen, die sogenannten Neuronen, Prozess-und direkte Informationsfluss—ein Prozess der so genannten synaptischen übertragung, in dem ein neuron sendet ein signal zu einem anderen.

Als ich anfing, science-Professionell, ich erkannte, dass viele Erkrankungen des menschlichen Gehirns durch bestimmte Arten von Neuronen, die Fehlfunktionen, genauso wie einen transistor auf einer platine, kann eine Fehlfunktion entweder weil Sie nicht ordnungsgemäß hergestellt oder durch Abnutzung und Verschleiß.

RNA-Nachrichten, die in der Zelle drive-Funktion

Jede Zelle in einem lebenden Organismus ist, aus den gleichen Arten von biologischen Molekülen. Molekülen namens Proteine erstellen zellulären Strukturen, katalysieren Chemische Reaktionen und führen Sie andere Funktionen innerhalb der Zelle.

Zwei Verwandte Arten von Molekülen, DNA und RNA bestehen aus Abfolgen von nur vier grundlegende Elemente und wird von der Zelle, um Informationen zu speichern. DNA ist für erbliche langfristige Aufbewahrung von Informationen; RNA ist eine kurzlebige Nachricht, dass die Signale, wie aktiv ein gen ist und wie viel eines bestimmten proteins die Zelle muss. Durch zählen der Anzahl der RNA-Moleküle tragen die gleiche Meldung, können die Forscher bekommen Einblicke in die Prozesse geschieht in der Zelle.

Wenn es um das Gehirn, können die Wissenschaftler Messen die RNA innerhalb der einzelnen Zellen identifizieren den Zelltyp des Gehirns und analysieren die Prozesse, die im inneren—zum Beispiel die synaptische übertragung. Durch den Vergleich von RNA-Analysen von Gehirn-Zellen von gesunden Menschen nicht diagnostiziert, die mit jeder Erkrankung des Gehirns mit jenen getan, die Patienten mit Autismus, die Forscher wie ich herausfinden kann, welche Prozesse sind Verschieden, und in die Zellen.

Bis vor kurzem, jedoch, gleichzeitig Messen Sie alle RNA-Moleküle in einer einzelnen Zelle nicht möglich war. Forscher konnten führen Sie diese Analysen nur von einem Stück Hirn-Gewebe mit Millionen von verschiedenen Zellen. Dies wurde weiter kompliziert, weil es möglich war, zu sammeln, diese Gewebe-Proben von Patienten, die bereits gestorben sind.

Neue tech zeigt die Nervenzellen betroffen, die in Autismus

Jedoch die jüngsten Fortschritte in der Technologie erlaubt haben, dass unser team zu Messen RNA, die im Zellkern einer einzigen Gehirnzelle. Der Kern einer Zelle, enthält das Genom, als auch neu synthetisierte RNA-Moleküle. Diese Struktur intakt bleibt, je nachdem der Tod einer Zelle und kann somit isoliert von den Toten (auch genannt post mortem) Hirngewebe.

Durch die Analyse von einzelnen zellulären Kerne von diesem post-mortem-Gehirn von Menschen mit und ohne Autismus, die wir ein Profil der RNA-innerhalb von 100.000 einzelnen Gehirnzellen von vielen Einzelpersonen.

Vergleich von RNA in bestimmten Arten von Gehirnzellen zwischen den Personen mit und ohne Autismus, fanden wir, dass einige Zelltypen sind mehr verändert als andere in die Krankheit.

Insbesondere haben wir herausgefunden, dass bestimmte Neuronen genannt der oberen Schicht kortikalen Neuronen, die den Austausch von Informationen zwischen verschiedenen Regionen der Großhirnrinde haben eine ungewöhnliche Anzahl von RNA, die für Proteine Kodieren, gelegen an der synapse—die Punkte der Kontakte zwischen den Neuronen, wo die Signale werden von einer Nervenzelle zu einer anderen. Diese änderungen wurden festgestellt, in Regionen des Kortex entscheidend für die höheren kognitiven Funktionen, wie soziale Interaktionen.

Dies deutet darauf hin, dass die Synapsen in dieser oberen Schicht sind die Neuronen nicht richtig funktioniert, führt zu Veränderungen in den Funktionen des Gehirns. In unserer Studie, zeigten wir, dass die Obere Schicht Neuronen hatten sehr unterschiedliche Mengen an bestimmte RNA im Vergleich zu den gleichen Zellen bei gesunden Menschen. Das war vor allem bei Autismus-Patienten, die litt unter der schwersten Symptome, wie nicht sprechen zu können.

Gliazellen sind auch betroffen bei Autismus

Zusätzlich zu Neuronen, die direkt verantwortlich für die synaptische Kommunikation, wir sahen auch Veränderungen in der RNA von anderen nicht-neuronalen Zellen genannten glia. Glia spielen eine wichtige Rolle bei der Regulierung des Verhaltens von Neuronen, wie Sie senden und empfangen von Nachrichten, die über die synapse. Diese können auch spielen eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Autismus.

Also, was bedeutet diese Erkenntnis für künftige medizinische Behandlung von Autismus?

Aus diesen Ergebnissen, die meine Kollegen und ich verstehen, dass die gleichen Teile der synaptischen Maschinerie, die kritisch für das senden von Signalen und die übertragung von Daten in der oberen Schicht Neuronen könnte gebrochen werden, in der viele Menschen mit Autismus, was zu abnormen Funktion des Gehirns.