Razvoj mozga sastoji se od niza koordinisanih koraka, koji su uglavnom instruisani našim geni. Tokom ovih koraka, pravilno pozicioniranje i funkcionalnost nervnih ćelija u mozgu (neuroni) su kritični – nefunkcionalni ili pogrešno postavljeni neuroni mogu dovesti do teških neuropatoloških posledica. Mutacije u genima koji koordiniraju ovaj program često su povezane sa neurorazvojnim poremećajima; međutim, ekološki stresori kao što su nedostatak hranljivih materija ili neuhranjenost takođe mogu uticati na razvoj mozga. Ipak, vrlo malo se zna o važnosti specifičnih hranljivih materija i ulozi metabolizma tokom razvoja mozga.
Profesorka Gaia Novarino i njen tim na ISTA-i sada su rasvetlili ovu misteriju mozga. U saradnji sa nekoliko bečkih univerziteta, naučnici su profilisali program ishrane mišjeg mozga. Otkrili su da grupa aminokiselina — građevnih blokova proteina — igra ključnu ulogu tokom određenih faza razvoja mozga. Izgladnjele nervne ćelije ovih aminokiselina dovele su do teških efekata nakon rođenja. Miševi su razvili mikrocefaliju – smanjenje veličine mozga – koja je opstala u odraslom dobu, na kraju uzrokujući dugoročne promene ponašanja slične onima koje su primećene kod poremećaja iz autističnog spektra (ASD). Nalazi su objavljeni danas u Cell .
Metaboliti su supstance koje se prave ili koriste kada razgrađujemo hranu, čime se podstiču naša tela. Jedan skup ovih metabolita — velike neutralne aminokiseline (LNAA) — zapeo je za oko naučnika. LNAA su esencijalne aminokiseline koje telo ne može da sintetiše samo i moraju se unositi hranom.
„Proveravajući nivoe metabolita tokom razvoja mozga, činilo se da su oni posebno važni za neurorazvojni period nakon rođenja“, objašnjava prva autorka i doktorantka Liza Knaus. Ranije je grupa Novarino identifikovala novi oblik autizma gde pacijenti nisu mogli da prenesu LNAA u mozak zbog genetskog defekta u genu označenom SLC7A5. Ova moguća veza pokrenula je istraživačku prirodu mladog naučnika. „Zaista smo se zainteresovali za ulogu aminokiselina u razvoju mozga.“
Istraživači su nastavili tako što su izvršili uslovni nokaut eksperiment – pristup u kojem se određeni gen briše u određenim ćelijama miša, što dovodi do mutantnog soja miša. Sojevi se zatim upoređuju sa zdravim miševima, omogućavajući naučnicima da procene da li iscrpljivanje dovodi do promene karakterističnih osobina.
U ovom slučaju, grupa je izbrisala gen Slc7a5, koji nosi uputstva za izgradnju transportera koji dovodi LNAA u nervne ćelije. Drugim rečima: neuronima je nedostajalo esencijalnih aminokiselina. U fazama embriona, formiranje mozga je izgledalo dobro. Međutim, odmah nakon rođenja, niski nivoi LNAA su počele da utiču na nervne ćelije. U ovom periodu, mutantni miševi su razvili mikrocefaliju zbog smanjenja debljine korteksa – spoljašnjeg sloja mozga – u poređenju sa zdravim miševima.
U želji da shvate više, naučnici su koristili metod za označavanje i manipulisanje pojedinačnim neuronima. Otkrili su da je veliki deo neurona u gornjem sloju korteksa nestao tokom prvih dana nakon rođenja. Ćelije su umirale – ali zašto?
Ispostavilo se da su neuroni kojima nedostaje LNAA manje aktivni. „Neuroni koji se ne aktiviraju pravilno se eliminišu ubrzo nakon rođenja. To je kao prirodna selekcija, gde opstaju samo najsposobnije ćelije“, objašnjava Knaus.
Stope smrti i aktivnosti neurona su normalizovane nakon kritičnog perioda. Ipak, manja veličina mozga se zadržala do odraslog doba. Mutantni miševi su počeli da pokazuju nekoliko abnormalnosti u ponašanju, uključujući motorne deficite, defekte društvenosti i hiperaktivnost. Iako nisu potpuni prikazi, ovi obrasci ponašanja su veoma slični onima kod pacijenata sa mutacijama u genu SLC7A5, koji takođe pokazuju mikrocefaliju, autizam i motorne deficite.
Knaus zaključuje: „Naš rad predstavlja detaljan pogled na to kako čak i male promene u metabolizmu i dostupnosti hranljivih materija mogu imati ozbiljne posledice po razvoj i funkciju mozga.“
