Актуальность
Развитие расстройств аутистического спектра (РАС) у детей может быть обусловлено не только генетическими механизмами кодирования синаптических протеинов, но также и влиянием внешних экологических факторов, включая дефицит цинка. Исчерпывающие доказательства, которые бы подтверждали роль цинка в развитии этих расстройств, отсутствуют. Однако в недавнем исследовании были получены данные, подробно объясняющие механическую взаимосвязь между двумя состояниями. В указанной работе авторы описали последовательность формирования межнейронных синапсов при участии цинка на ранних этапах развития структур мозга в сложном процессе, кодируемом генами риска развития РАС.
Статья, представленная коллективом авторов под руководством научных сотрудников Медицинской школы Стэнфордского университета (School of Medicine, Stanford University), США, была опубликована в издании «Frontiers in Molecular Neuroscience» 9 ноября 2018 г. По мнению авторов, результаты исследования вовсе не дают прямых указаний о необходимости обязательного употребления биологических добавок, содержащих цинк, с целью профилактики РАС, однако предоставляют расширенное понимание патогенеза данных расстройств, раскрывая дополнительные возможности терапии.
Цинк и генетический риск развития РАС
«Клинические проявления РАС обусловлены специфическими вариантами генов, принимающих участие в формировании, созревании и стабилизации синапсов на ранних этапах развития центральной нервной системы. И результаты нашего исследования позволяют проследить взаимосвязь между уровнем цинка в нейронах через взаимодействия с протеинами, кодируемыми этими генами, к развитию аутизма», — отметила руководитель исследования Салли Ким (Sally Kim) из Медицинской школы Стэнфордского университета.
В ходе работы ученые наблюдали каскад молекулярных взаимодействий, включая передачу импульса через синапс и перемещение субъединиц цинка в нейроны-мишени с возможностью связывания двух типов белков: Shank2 и Shank3. Отмечено, что указанные протеины в свою очередь инициируют изменения морфологии и функциональной направленности прилежащих сигнальных рецепторов, называемых «AMPAR», на синаптической поверхности нейрона.
В экспериментальном исследовании изучались свойства формирующихся нейронов у лабораторных крыс. В результате было установлено, что накопление в синапсах Shank2 и Shank3 происходит параллельно с завершением процесса дифференциации и зрелости рецепторов AMPAR. При этом обогащение среды цинком ускоряло дифференциацию и переключение, однако не при условии сокращения насыщенности Shank2 или Shank3.
Проведение серии высокоточных экспериментов позволило описать механизм Zn-Shank-опосредованной дифференциации нейронных рецепторов в развивающихся синапсах.
Таким образом, были получены доказательства того, что цинк в буквальном смысле формирует морфофункциональные характеристики развивающихся синапсов через белки Shank. Кроме того, авторам удалось проследить цепь взаимодействий, демонстрирующих сочетанное функционирование Shank2 и Shank3 с цинком в направленной регуляции созревания сигнальных рецепторов AMPAR.
В целом ключевым выводом работы стал тезис о том, что дефицит цинка на ранних этапах развития центральных нервных структур может определять риск формирования аутистических черт посредством нарушения синаптического созревания и дифференциации нейронной цепи. Исходя из этого, авторы пришли к заключению, что понимание взаимодействий между Shank-протеинами и цинком может стать новым направлением в диагностике, терапии и профилактике РАС.
Выводы
Резюмируя итоги исследования, ученые подчеркнули, что до настоящего времени контролируемые исследования по изучению влияния употребления биологических добавок с цинком беременными на степень риска развития РАС у младенцев не проводились. Поэтому какие-либо выводы или практические рекомендации не имеют достаточных оснований.
Следует понимать, что избыток цинка по принципу антагонизма микроэлементных взаимодействий влечет за собой снижение абсорбции меди, а это обстоятельство нередко служит причиной развития анемии и нарушений остеогенеза.
Кроме того, дефицит цинка может быть не только результатом его низкого содержания в продуктах питания, но и развиваться вследствие нарушений абсорбции в кишечнике.
Тем не менее результаты нового исследования действительно расширяют взгляд на понимание механизма того, каким образом дефицит цинка или нарушения его функциональных взаимодействий в нейронах могут формировать предпосылки для РАС.
- Frontiers (2018) Autism and zinc deficiency in early development: Mechanistic link found between zinc, autism risk genes and abnormal neuronal connections associated with autism spectrum disorders. ScienceDaily, Nov. 9.
- Ha H.T.T., Leal-Ortiz S., Lalwani K. et al. (2018) Shank and zinc mediate an AMPA receptor subunit switch in developing neurons. Front. Mol. Neurosci., Nov. 9 [Epub. ahead of print].
Наталья Савельева-Кулик
