Гестационный дефицит железа (ГДЖ) влияет на поведение эмбриональных клеток-предшественников, что приводит к созданию субоптимальных сетей специализированных нейронов в более позднем возрасте.
Клетки, из которых состоит человеческий мозг, начинают развиваться задолго до того, как сформируется физическая форма мозга. Эта ранняя организация сети клеток играет важную роль в здоровье мозга на протяжении всей жизни.
Многочисленные исследования показали, что матери с низким уровнем железа во время беременности имеют более высокий риск рождения ребенка с когнитивными нарушениями, такими как аутизм, синдром дефицита внимания и трудности с обучением. Тем не менее, дефицит железа по-прежнему распространен у беременных женщин и детей раннего возраста.
Механизмы, посредством которых гестационный дефицит железа (ГДЖ) способствует когнитивным нарушениям, до конца не изучены. Лаборатория Марго Майер-Прошель (Margot Mayer- Proschel), профессора биомедицинской генетики и неврологии в Медицинском центре Университета Рочестера, впервые продемонстрировала, что мозг животных, рожденных от мышей с дефицитом железа, аномально реагирует на возбуждающие стимулы мозга, и что препараты железа, даваемые при рождении, не восстанавливают функциональные нарушения, проявляющиеся в более позднем возрасте.
Совсем недавно лаборатория добилась значительного прогресса в поиске клеточного происхождения нарушения и определила новую эмбриональную нейрональную клетку-предшественника для ГДЖ.
Это исследование было опубликовано в научном журнале Development.
«Мы очень взволнованы этим открытием», — комментирует Майер-Прошель, получившая в 2018 году грант в размере 2 миллионов долларов от Национального института детского здоровья и развития человека на выполнение этой работы.
«Это может связать гестационный дефицит железа с данными очень сложными расстройствами. Понимание этой связи может привести к изменению медицинских рекомендаций и потенциальных целей для будущих методов лечения».
Майкл Руди (Michael Rudy) и Гаррик Салуа (Garrick Salois) работали в обратном направлении, чтобы установить эту связь. Изучая мозг взрослых и молодых мышей, рожденных с ГДЖ, они обнаружили нарушение работы интернейронов, клеток, которые контролируют баланс возбуждения и торможения и обеспечивают адекватную реакцию зрелого мозга на поступающие сигналы.
Эти интернейроны, как известно, развиваются в специфической области эмбрионального мозга, называемой медиальным ганглиозным возвышением, где специфические факторы определяют судьбу клеток-предшественников ранних нейронов, которые затем делятся, мигрируют и созревают в нейроны, заполняющие развивающуюся кору головного мозга.
Исследователи обнаружили, что этот специфический пул клеток-предшественников был нарушен в эмбриональном мозге, подвергшемся воздействию ГДЖ.
Эти данные свидетельствуют о том, что ГДЖ влияет на поведение эмбриональных клеток-предшественников, вызывая создание субоптимальной сети специализированных нейронов в более позднем возрасте.
«Оглядываясь назад, мы смогли определить, когда клетки-предшественники начали действовать по-разному у животных с дефицитом железа по сравнению с контрольными животными с нормальным содержанием железа», — сказала Майер-Прошель.
«Это подтверждает, что корреляция между клеточными изменениями и ГДЖ происходит на ранних стадиях внутриутробного развития. Если перевести временную шкалу на людей, это будет означать первые три месяца беременности, прежде чем многие женщины узнают, что они беременны».
Идентифицировав клеточные мишени в мышиной модели ГДЖ, специалист в области нейробиологии Салуа из лаборатории Майер-Прошель теперь создает человеческую модель дефицита железа, используя органоиды мозга — массу клеток, в данном случае представляющих мозг.
Этим «мини-мозгам», которые больше похожи на крошечные шарики, для изучения которых нужен микроскоп, можно приказать сформировать определенные области ганглиозных возвышений эмбрионального человеческого мозга. С помощью этих исследований ученые могут имитировать развитие клеток-предшественников нейронов, на которые нацелен ГДЖ у мышей.
«Мы считаем, что эта модель не только позволит нам определить актуальность нашего открытия в мышиной модели для человеческой системы, но также позволит нам найти новые клеточные мишени для ГДЖ, которые даже не присутствуют в мышиных моделях», — сказала Майер-Прошель.
«Понимание таких клеточных мишеней этого распространенного дефицита питательных веществ будет необходимо, чтобы предпринять шаги, необходимые для изменения того, как мы думаем о материнском здоровье. Железо является важной частью этого, и ограниченное влияние добавок железа после рождения делает необходимым поиск альтернативных подходов».