Среднее время прочтения — 5 мин.

Ученые изучают людей с синдромом Вильямса, чтобы понять биологическую основу нашего социального поведения.

Общение — одна из тех вещей, что делает нас людьми. Наше социальное поведение определяется благодаря сложному сочетанию наследственности, эпигенетики и таких внешних факторов, как место, где прошло наше детство или то, насколько оно было счастливым.

Синдром Вильямса — это генетическое нарушение, которое приводит к отклонению от нормы социального поведения. Люди с этим синдромом обладают развитой эмпатией, чрезвычайно общительны и дружелюбны даже по отношению к незнакомцам, особенно в детском возрасте — нередко такое поведение ведет к опасным ситуациям. Синдром Вильямса встречается у одного из 20 000 новорожденных и является результатом делеции 26-28 генов. В последние годы ученые активно изучают синдром Вильямса, чтобы понять, как отсутствие определенных генов влияет на социальное поведение людей.

Чтобы выяснить, какую функцию выполняют определенные гены и как на организме сказываются их мутации, нейробиологи часто проводят генетические эксперименты на мышах. Однако в данном случае нокаут одиночных генов у мышей не дал результатов. Это во многом связано с тем, что мутации в отдельных генах не дают полного понимания всей картины генетических изменений, которые вызывают особенности поведения, присущие людям с синдромом Вильямса. Представьте себе, что Королевский филармонический оркестр исполняет Четвертую симфонию Чайковского. Если симфонию будут исполнять без струнных — вам покажется, что она звучит как-то непривычно. Если ту же самую симфонию исполнить без фортепиано и духовых — двух важнейших ее составляющих — она изменится до неузнаваемости.

Обычно я изучаю болезни, вызванные мутацией только в одном гене. Именно поэтому исследование о том, как 26-28 генов, взаимодействуя с факторами окружающей среды, влияют на социальное поведение, представляется мне намного более сложной задачей.

Сначала были выявлены первые 25 генов, вызывающих синдром Вильямса. Спустя несколько лет, в 2009 году, группа ученых провела серию экспериментов на мышах, с целью выяснить функции отдельных генов в формировании заболевания. Для этого были выведены три особи: у одной из мышей не было всех 25 генов, отвечающих за синдром Вильямса, у других отсутствовала лишь часть из них на одной из хромосом — у каждой своя.

У всех трех мышей в разной степени наблюдались повышенная общительность и другие проявления, характерные для синдрома Вильямса у людей.

Чтобы определить, как две группы генов влияют на социальную раскрепощенность, на этих мышах проводили множество тестов на социальное взаимодействие. Например, ученые ставили между клетками прозрачную пластиковую стенку с отверстиями, после чего наблюдали за поведением мышей и их уровнем интереса к новой или знакомой особи в соседней клетки. Все три мыши проводили значительно больше времени с незнакомыми особями, чем обычные мыши.

Таким образом, можно сделать предположение, что формирование такого поведения вызвано сразу несколькими из этих 25 генов. Также ученые провели еще один эксперимент, в ходе которого двух мышей помещали в узкую трубу, чтобы выяснить, какая из них более склонна к доминантному поведению — особь рангом ниже разворачивается и уступает дорогу доминантной. В данном случае мыши с полной делецией и первым вариантом частичной делеции зачастую уступали нормальным особям.

Исследования на мышах — очень полезный способ узнать, на что влияют нарушения в одном или нескольких генах. Тем не менее мыши генетически отличаются от нас, поэтому эксперименты на них не дают полного представления о генетике человека. Ситуацию усугубляет генетическое разнообразие среди людей.

Также влияние генов на социальное поведение можно изучать с помощью стволовых клеток, полученных от пациентов с шизофренией и другими сложными заболеваниями, связанными с развитием нервной системы. Клетки, полученные от пациентов, можно изучать в лабораторных условиях, вырастив с их помощью двухмерные и трехмерные клеточные структуры. Модели стволовых клеток, полученных от пациентов, позволяют ученым исследовать не похожие, как в случае с мышами, а идентичные человеческим проявления генов на клеточном уровне.

Для изучения синдрома Вильямса из стволовых клеток пациентов выращивают клетки мозга. За последние годы этой методикой воспользовались несколько научных коллективов, результаты их исследований опубликованы в журнале Nature.

Объектом изучения не раз становились функции гена GTF2I. Этот ген кодирует одноименный фактор транскрипции — белок,контролирующий перенос генетической информации с ДНК на РНК. Как выяснилось, белок GTF2I играет ключевую роль в регуляции генов, расположенных на участке, который подвержен делеции, наблюдаемой при заболевании.

Ученые проследили за тем, как стволовые клетки больных людей развиваются в специализированные клетки организма. В частности, использовались предшественницы клеток конечного мозга — центра высшей нервной деятельности, а также стволовые клетки нервного гребня, из которого формируются черепно-лицевые структуры. В этих клетках, согласно выводам ученых, белок GTF2I плохо справляется со своей задачей. Как можно догадаться, неправильное развитие вышеназванных клеток приводит к нарушениям, характерным для синдрома Вильямса.

Этим обусловлены не только социальные аспекты заболевания, но и его физиологические проявления. У носителей синдрома ярко выраженные «эльфийские» черты лица: вздернутый нос, высокие скулы, широкий рот и острый подбородок. Некоторые исследователи фольклора даже допускают, что прототипами ряда литературных персонажей (среди них эльф Пак из пьесы «Сон в летнюю ночь») могли быть люди с синдромом Вильямса.

Причины заболевания в целом ясны, осталось понять, как они помогут нам разобраться в социальном поведении людей в целом. Изучая синдром, ученые установили, какие гены отвечают за конкретные его проявления. В дальнейшем можно будет отследить влияние этих генов на поведение здорового человека.

Напомню, что различия в аналогичных участках ДНК у разных людей естественны и не всегда приводят к заболеваниям. В результате замены, удаления (делеции) и вставки (инсерции) одного или нескольких нуклеотидов — кирпичиков, из которых состоит ДНК, у генов могут появляться варианты. А разные варианты одного и того же гена могут по-разному отразиться на поведении. Здесь-то и пригодятся исследования синдрома Вильямса.

«СОЦИАЛЬНЫЕ» ГЕНЫ

Среди генов, влияющих на социальное поведение, обнаружился уже знакомый нам ген GTF2I.У него есть два распространенных варианта, которые наблюдаются у людей с пониженной тревожностью, а также у женщин, демонстрирующих высокую «сердечность» (это один из аспектов экстраверсии согласно пятифакторной модели личности). Ученые нашли этому функциональное обоснование: эти варианты гена также связаны с пониженной активностью миндалевидного тела — области мозга, которая задействуется при испуге.

Синдром Вильямса пролил свет и на социальное поведение у других видов. Как, по-вашему, почему при виде человека собака так и норовит облизать ему нос, в то время как волк чуть что — сразу кусать за бочок?

Недавняя работа, посвященная наличию у собак генетической предрасположенности к одомашниванию, заставляет по-новому взглянуть на выражение «собака — лучший друг человека». В ней говорится, что для этих братьев наших меньших характерно отсутствие того же участка ДНК, что и у людей с синдромом Вильямса. Авторы утверждают, что именно гиперобщительность — ключевая характеристика синдрома — отличает собак от волков и является необходимым условием одомашнивания.

Ученым даже удалось выявить структурные варианты генов GTF2I и GTF2IRD1, которые, по их мнению, частично отвечают за исключительную дружелюбность собак. Особо отмечается тот факт, что эти гены, а вместе с ними и особая привязанность собаки к человеку, сохранились благодаря проводимой людьми селекции.

На свете много редких заболеваний, которые остаются без должного внимания. Не понимая, откуда эти болезни берутся, очень сложно сопереживать людям, которые вынуждены с ними жить. Остается надеяться, что, вдохновившись открытиями, которые позволил сделать синдром Вильямса, мы начнем изучать другие редкие и загадочные заболевания и узнаем, что они смогут рассказать нам о нас самих.

Оригинал: Pacific Standard Magazine.
Автор: Йеванде Пирс, исследователь из LA BioMed.

Переводили: Вероника Чупрова и Александр Иванков.
Редактировал: Илья Силаев.