Как из одной клетки рождается целый мозг?
Каждый из нас начинался с одной-единственной клетки. За несколько недель эта клетка и её потомки превращаются в триллионы специализированных нейронов, которые образуют наш мозг — орган, способный думать, чувствовать, любить, творить и задавать вопросы о самом себе.
Но как именно стволовые клетки принимают решение стать именно нейронами? Какие гены командуют этим волшебным превращением? И что происходит, когда в этой тонкой программе случается сбой — и ребёнок рождается с задержкой развития или аутизмом?
11 января 2026 года международная команда учёных под руководством профессора Сагива Шифмана из Еврейского университета в Иерусалиме опубликовала в журнале Nature Neuroscience результаты грандиозного эксперимента. Они отключили почти 20 000 генов по одному в эмбриональных стволовых клетках и проследили, какие из них абсолютно необходимы для превращения стволовой клетки в нервную. В итоге была составлена самая подробная на сегодняшний день карта генов, критически важных для формирования мозга на самых ранних стадиях.
Среди открытий — совершенно новый ген PEDS1, мутации в котором вызывают ранее неизвестное тяжёлое нейроразвивающее расстройство у детей: маленький мозг, серьёзная задержка развития, проблемы с формированием нейронов. Это не просто академический результат — это реальная надежда на более точную диагностику и, в перспективе, на таргетную терапию.
Вот одно из ключевых изображений, иллюстрирующих процесс: нервные клетки, полученные из стволовых в лабораторных условиях после CRISPR-редактирования (цветная микроскопия показывает разные стадии дифференцировки и миграции нейронов):
Масштаб эксперимента: 20 тысяч «выключенных» генов
Современные технологии CRISPR-Cas9 позволяют выключать (knock-out) практически любой ген в клетке с очень высокой точностью. Исследователи взяли человеческие эмбриональные стволовые клетки и создали библиотеку из почти 20 000 вариантов, в каждом из которых был инактивирован один конкретный ген.
Затем эти клетки помещали в специальные условия, которые заставляют их дифференцироваться в направлении нервной ткани — так, как это происходит в развивающемся эмбрионе. Через определённое время учёные оценивали: сколько клеток стало нейронами, насколько хорошо они мигрируют, формируют отростки, экспрессируют маркеры зрелых нейронов.
Результаты шокируют своей масштабностью:
- Выявлено 331 ген, без которого процесс формирования нейронов серьёзно нарушается или полностью останавливается
- Многие из этих генов раньше вообще не связывали с ранним нейрогенезом
- Составлена карта «эссенциальности» — какие гены критичны именно для превращения в нейрон, а какие важны на более поздних стадиях развития мозга
Звезда исследования — ген PEDS1
Самое яркое открытие — ген PEDS1 (он же FAR1 в некоторых базах данных). Его выключение приводило к катастрофическим последствиям:
- клетки почти не дифференцировались в нейроны
- те немногие нейроны, которые всё-таки появлялись, плохо мигрировали и имели дефектные отростки
- резко нарушался синтез плазалогенов — особого класса фосфолипидов, которые составляют до 20% липидов миелина (оболочки нервных волокон)
Плазалогены крайне важны для мозга: они защищают мембраны от окислительного стресса, участвуют в сигнальной передаче и обеспечивают нормальную работу миелиновой оболочки.
Чтобы убедиться, что находка не случайна, команда провела генетическое обследование двух неродственных семей, в которых у детей наблюдались тяжёлая задержка развития, микроцефалия (маленький мозг) и серьёзные неврологические нарушения. У всех пострадавших детей были обнаружены редкие гомозиготные мутации в гене PEDS1, а у родителей — гетерозиготное носительство. Это классический рецессивный тип наследования.
Таким образом, PEDS1 официально стал причиной нового, ранее неизвестного нейроразвивающего синдрома.
Почему одни расстройства доминантные, а другие — рецессивные?
Одно из самых интересных теоретических обобщений работы — объяснение, почему мутации в разных классах генов приводят к разному типу наследования болезней:
- Гены, связанные с транскрипцией и ремоделированием хроматина (регуляторы экспрессии), чаще вызывают доминантные расстройства. Даже одной повреждённой копии достаточно, чтобы сильно нарушить тонкую регуляцию развития мозга.
- Гены метаболизма (как PEDS1) чаще рецессивны — организм как-то справляется с одной рабочей копией, но когда обе копии сломаны — наступает тяжёлая патология.
Эта закономерность уже помогает генетикам-клиницистам приоритизировать кандидатные гены при анализе экзомов пациентов.
Отличия аутизма и задержки развития на генетическом уровне
Ещё одно важное наблюдение касается различий между двумя большими группами нейроразвивающих расстройств:
- Гены, мутации в которых чаще всего связаны с аутизмом, в основном важны именно на этапе превращения стволовой клетки в молодой нейрон
- Гены, связанные с неспецифической задержкой развития и интеллектуальной недостаточностью, часто критичны на многих стадиях развития мозга одновременно
Это говорит о том, что аутизм в значительной степени — это нарушение именно раннего «программирования» и специализации нейронов, тогда как более тяжёлые формы задержки развития — это глобальный сбой многих этапов.
Открытая база данных — подарок всему научному миру
Огромная заслуга принадлежит аспирантке Алане Амелан, которая не только провела значительную часть экспериментов, но и создала открытую онлайн-базу данных со всеми результатами.
Любой исследователь в мире сейчас может зайти на сайт и посмотреть:
- насколько критичен тот или иной ген для нейрогенеза
- на какой именно стадии он важен
- какие фенотипы возникают при его выключении
Профессор Шифман подчеркнул: «Мы хотели, чтобы наши данные послужили всему научному сообществу и помогли быстрее находить новые гены, связанные с нейроразвивающими расстройствами».
Что это значит для медицины будущего?
- Улучшение генетической диагностики
Теперь врачи-генетики смогут включать PEDS1 и другие 331 ген в панели при обследовании детей с микроцефалией и задержкой развития. Раньше эти случаи часто оставались без молекулярного диагноза. - Генетическое консультирование
Семьи-носители мутаций PEDS1 смогут получать точный прогноз риска и обсуждать варианты (ПГД при ЭКО и др.). - Перспектива таргетной терапии
Плазалогены — это метаболит, который теоретически можно добавлять извне. Уже существуют добавки плазалогенов, которые тестируются при других нейродегенеративных заболеваниях (например, при синдроме Ретта и болезни Альцгеймера). Возможно, в будущем появится специфическое лечение для детей с мутациями PEDS1. - Понимание аутизма
Новые гены-кандидаты из списка 331 можно теперь целенаправленно изучать в больших когортах пациентов с РАС — это может привести к новым подтипам аутизма и персонализированным подходам.
Заключение: Мы начинаем читать «инструкцию» к человеческому мозгу
Человеческий мозг — самая сложная структура во Вселенной, о которой мы знаем. Его создание — это оркестр из десятков тысяч генов, работающих в идеальной синхронизации.
Эксперимент израильско-французской команды — это как если бы мы впервые получили подробный «словарь» этого оркестра: какие инструменты (гены) обязательны, без каких музыка не получится вообще, а без каких она будет просто сильно фальшивить.
PEDS1 стал первой громкой «новой нотой», обнаруженной благодаря этому словарю. Но это только начало. Впереди — тысячи исследований, которые будут опираться на эту карту, чтобы понять, почему иногда мозг развивается иначе, и как можно помочь детям, у которых этот процесс пошёл не по плану.
Наука не стоит на месте. И каждый новый ген, который мы «выключаем» в пробирке, приближает нас к тому дню, когда мы сможем гораздо лучше помогать детям с самыми сложными нейроразвивающими нарушениями.