مشکلات یادگیری و حافظه در سندرم داون با تغییرات در “ماده تاریک” ژنوم مرتبط است

محققان مرکز تنظیم ژنومیک (CRG) دریافته‌اند که ژن Snhg11 برای عملکرد و تشکیل سلول‌های عصبی در هیپوکامپ حیاتی است. آزمایش‌ها با موش‌ها و بافت‌های انسانی نشان داد که این ژن در مغزهای مبتلا به سندرم داون فعالیت کمتری دارد و به طور بالقوه به نقص حافظه مشاهده شده در افراد مبتلا به این بیماری کمک می‌کند. یافته ها در مجله منتشر شده است روانپزشکی مولکولی.

به طور سنتی، بیشتر تمرکز در ژنومیک بر روی ژن‌های کدکننده پروتئین بوده است که در انسان تنها ۲ درصد از کل ژنوم را تشکیل می‌دهند. بقیه “ماده تاریک” است، از جمله بخش های وسیعی از توالی های DNA غیر کد کننده که پروتئین تولید نمی کنند، اما به طور فزاینده ای به دلیل نقش آنها در تنظیم فعالیت ژن، تاثیرگذاری بر ثبات ژنتیکی، و کمک به صفات و بیماری های پیچیده شناخته شده اند.

Snhg11 یکی از ژن های موجود در ماده تاریک است. این یک RNA طولانی غیر کدکننده است، نوع خاصی از مولکول RNA که از DNA رونویسی می شود اما برای پروتئین کد نمی کند. RNA های غیر کدکننده تنظیم کننده های مهم فرآیندهای بیولوژیکی طبیعی هستند و بیان غیرعادی آنها قبلاً با ایجاد بیماری های انسانی مانند سرطان مرتبط بوده است. این مطالعه اولین شواهدی است که نشان می‌دهد یک RNA غیر کدکننده نقش مهمی در پاتوژنز سندرم داون دارد.

سندرم داون یک اختلال ژنتیکی است که به دلیل وجود یک نسخه اضافی از کروموزوم 21، که به عنوان تریزومی 21 نیز شناخته می شود، ایجاد می شود. این شایع ترین علت ژنتیکی ناتوانی ذهنی است که تخمین زده می شود پنج میلیون نفر را در سراسر جهان تحت تاثیر قرار دهد. افراد مبتلا به سندرم داون مشکلات حافظه و یادگیری دارند، مشکلاتی که قبلاً با ناهنجاری‌هایی در هیپوکامپ، بخشی از مغز که در یادگیری و تشکیل حافظه نقش دارد، مرتبط بود.

این ژن به ویژه در شکنج دندانه دار فعال است، بخشی از هیپوکامپ برای یادگیری و حافظه و یکی از معدود مناطق مغز که در آن نورون های جدید به طور مداوم در طول زندگی ایجاد می شود. ما دریافتیم که بیان غیر طبیعی Snhg11 منجر به کاهش نوروژنز و تغییر شکل پذیری می شود. دکتر سزار سیرا، نویسنده اول مقاله می‌گوید، که نقش مستقیمی در یادگیری و حافظه دارد، بنابراین نقش کلیدی در پاتوفیزیولوژی ناتوانی ذهنی را نشان می‌دهد.

نویسندگان هیپوکامپ را در مدل‌های موش مطالعه کردند که ساختار ژنتیکی مشابه سندرم داون در انسان دارند. هیپوکامپ دارای انواع مختلف سلولی است و هدف این مطالعه درک چگونگی تأثیر وجود کروموزوم 21 اضافی بر این سلول ها بود.

محققان هسته‌هایی را از سلول‌های مغز جدا کردند و از تکنیکی به نام توالی‌یابی RNA تک هسته استفاده کردند تا ببینند کدام ژن‌ها در هر سلول فعال هستند. یکی از برجسته‌ترین یافته‌ها در سلول‌های شکنج دندانه‌دار بود، جایی که محققان کاهش مهم بیان Snhg11 را تشخیص دادند. محققان همچنین سطوح پایین‌تری از Snhg11 را در همان انواع بافت‌های مغز پس از مرگ انسان با تریزومی 21 یافتند که نشان‌دهنده ارتباط با موارد انسانی است.

محققان برای درک اثرات کاهش بیان Snhg11 بر شناخت و عملکرد مغز، سپس به طور تجربی فعالیت این ژن را در مغز موش‌های سالم کاهش دادند. آنها دریافتند که سطوح پایین Snhg11 برای کاهش انعطاف پذیری سیناپسی کافی است، که توانایی اتصالات عصبی برای تقویت یا ضعیف شدن در طول زمان است. شکل پذیری سیناپسی برای یادگیری و حافظه بسیار مهم است. همچنین توانایی موش برای ایجاد نورون های جدید را کاهش داد.

محققان برای درک تأثیر واقعی یافته‌های خود، آزمایش‌های رفتاری مختلفی را با موش‌ها انجام دادند. این آزمایش‌ها تأیید کردند که سطوح پایین Snhg11 منجر به مشکلات حافظه و یادگیری مشابهی می‌شود که در سندرم داون دیده می‌شود، که نشان می‌دهد این ژن عملکرد مغز را تنظیم می‌کند.

Snhg11 قبلاً با تکثیر سلولی در انواع مختلف سرطان مرتبط بوده است. محققان قصد دارند تحقیقات بیشتری را برای کشف مکانیسم‌های دقیق عمل انجام دهند، اطلاعاتی که می‌تواند راه‌های بالقوه را برای مداخلات درمانی جدید باز کند. آنها همچنین بررسی خواهند کرد که آیا ژن های دیگری که شامل RNA های طولانی غیر کدکننده هستند، که بسیاری از آنها هنوز کشف نشده اند، ممکن است به ناتوانی های ذهنی نیز کمک کنند.

“مداخلات زیادی برای کمک به افراد مبتلا به سندرم داون برای زندگی مستقل وجود دارد، اما فقط تعداد کمی از آنها دارویی هستند. مطالعاتی مانند این به ایجاد پایه هایی برای یافتن راهبردهایی کمک می کند که می توانند به بهبود حافظه، توجه و عملکردهای زبانی کمک کنند یا از زوال شناختی مرتبط با پیری جلوگیری کنند.” دکتر مارا دیرسن، یکی از نویسندگان مقاله و رهبر گروه آزمایشگاه نوروبیولوژی سلولی و سیستمی در مرکز تنظیم ژنومی، می گوید.