Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Аномальды орау тәрізді микроцефалиямен байланысты белок, сондай-ақ аномальды орау белок гомологы немесе Asp гомологы деп те аталады, адамдарда ASPM генімен кодталатын белок. ASPM 1-ші хромосоманың q31 локусында (1q31) орналасқан. ASPM гені 28 экзоннан тұрады және 3477 аминқышқылынан тұратын белокты кодтайды. "ASPM" – "Аномальды орау тәрізді, микроцефалиямен байланысты" деген сөздердің аббревиатурасы, ол Drosophila melanogaster "аномальды орау" (asp) геніне гомолог екенін көрсетеді. asp генінің экспрессияланатын ақуыздық өнімі, эмбриональды нейробластардағы митоздық ораудың қалыпты жұмыс істеуі және нейрогенезді реттеу үшін қажет. ASPM генінің жаңа аллелі соңғы 14 000 жылдың ішінде (орташа есеп бойынша 5 800 жыл) пайда болған, голоцен дәуірінде ол Еуропа және Таяу Шығыс халқының көп бөлігінде кеңінен тараған. Жаңа аллельдің пайдалы екені белгілі болса да, зерттеушілер оның қандай функциясы бар екенін білмейді.
Abnormal spindle like microcephaly associated protein, also known as abnormal spindle protein homolog or Asp homolog, is a protein that in humans is encoded by the ASPM gene. ASPM is located on chromosome 1, band q31 (1q31). The ASPM gene contains 28 exons and codes for a 3477 amino‐acid‐long protein. "ASPM" is an acronym for "Abnormal Spindle like, Microcephaly associated", which reflects its being an ortholog to the Drosophila melanogaster "abnormal spindle" (asp) gene. The expressed protein product of the asp gene is essential for normal mitotic spindle function in embryonic neuroblasts and regulation of neurogenesis. A new allele of ASPM arose sometime in the past 14,000 years (mean estimate 5,800 years), during the Holocene, it seems to have swept through much of the European and Middle Eastern population. Although the new allele is evidently beneficial, researchers do not know what it does.
Жануарлардағы зерттеулер
Тышқанның Aspm генінің экспрессиясы түйсік алдындағы церебральды қабықтың нейрогенезінің бастапқы орындарында байқалады. Aspm және ASPM арасындағы айырмашылық – IQ домендері деп аталатын бір үлкен енгізілген кодтау болып табылады. Тышқандарда жүргізілген зерттеулер митоздық шпиндельді реттеуде экспрессияланған Aspm генінің де рөлі бар екенін көрсетеді. Функциясы сақталған, C. elegans ақуызы ASPM 1 орау астерлеріне локализацияланғаны анықталды, онда ол кальмодулин, динеин және NuMA-мен байланысты LIN 5 арқылы ораудың ұйымдастырылуын және айналуын реттейді. Адамның ASPM-ге ортолог АСПМ генін зерттеу үшін мысықтарда медуллобластоманың өсуін қарастырған зерттеу, Aspm экспрессиясы туғаннан кейінгі мишашалық нейрогенезді күшейтуі мүмкін екенін көрсетті. Бұл процесс эмбриогенездің соңында және туғаннан кейін бірден жүреді, мысықтарда шамамен 2 апта, ал адамдарда 12 ай бойы созылады және Shh генінің экспрессиясымен реттеледі. Көбейіп жатқан мишашақ түйіршігі нейрондарының (CGNP) модельдерінде тышқан үлгілеріндегі Shh экспрессиясы, in vivo Shh экспрессиясынан айырылғандарға қарағанда Aspm экспрессиясын төрт есеге арттырды. Бұл Aspm-нің индукциясы және мишашақ нейрогенезі кезіндегі жоғары реттелуі нақты уақыт PCR-де де байқалды, онда оның экспрессиясы нейрогенездің шыңында салыстырмалы түрде жоғары, ал нейрогенездің соңында әлдеқайда төмен болды. Сонымен қатар, зерттеулер Aspm мидың нейрогенезі үшін қажет екенін көрсетті. Aspm KO мутациялары мен жойылулары бар сынақ мысықтарында МРТ кезінде бақылау топтарымен салыстырғанда мидың көлемі азайды. Нейрогенезге әсер ететін Aspm мутацияларынан басқа, бұл мутациялар нейрондық дифференциацияда да рөл атқарады. Aspm KO мысықтарының ересек миын қараған кезде жалпы көлемінің азаюы және мутанттық және жабайы типті модельдер арасындағы қабықтың қалыңдығындағы айырмашылықтар байқалды. Соматосенсорлық қабықта KO мысықтарының I қабаты едәуір қалыңдаған, VI қабаты жұқарады, ал қабық пластинасының жалпы қабық қалыңдығы азайды. KO миындағы кейбір транскрипция факторларының экспрессиясы да бұрмаланған. Мысалы, Tbr1 және Satb2 қабықшаның қосалқы пластинасында көбірек кездеседі, біріншісі дифференциация мен нейрондық көші-қон үшін маңызды, ал екіншісі транскрипцияны және хромосомалық қайта құруды реттейді. Тышқандардағы зерттеулер микроцефалияда Aspm мутацияларының рөлін анықтағанмен, бірнешеуі бұл мутацияны басқа маңызды кемшіліктермен байланыстырды. Бір зерттеуде жүйке талшықтарының бұзылуы байқалды, онда қабық және ақ зат ұлпасының пішіні мен түрі өзгерген. Бұл KO мысықтары мен бақылау топтарын салыстырғаннан кейін, KO мысықтарында жасушалар саны мен қабық қалыңдығы азайғанын көрсетті. Гистологиялық талдау үшін жасушаларды бояу әдісін қолдану арқылы зерттеуде KO тышқандарындағы көршілес нейрондар арасындағы қашықтық қысқарғаны анықталды, бұл қалыпты Aspm болмаған кезде жасушалардың орналасуындағы бұрмалаушылықты көрсетеді. Мутацияланған Aspm-нің тағы бір маңызды әсері тышқан үлгілеріндегі ұрықтық аномалияларда байқалады. Aspm мутациялары ұрғашы және еркек тышқандардың фертильдігін төмендетті, жүктілік деңгейінің төмендеуімен және содан кейін ұрпақ санының азаюымен, сондай-ақ әйелдердің жұмыртқалықтарының мөлшерінің, еркектердің сперматозоидтарының саны мен ұрықша мөлшерінің төмендеуімен анықталды. Бұл тышқан үлгілеріндегі ауыр ұрықтық мутацияларға (жеңіл микроцефалияға қарағанда) назар аудару адамның ASPM таңдауы көбінесе ми мөлшерімен емес, көбеюмен байланысты болуы мүмкін деген сұрақ тудырады. Тышқан үлгілерінен басқа, тояқтыларды қолдану арқылы жүргізілген зерттеу ASPM туралы және оның қабықтың көлемін және қалыңдығын анықтаудағы рөлі туралы көбірек мәлімет береді. Осы зерттеудегі зерттеушілер мысықтарды тышқан үлгілеріне қарағанда таңдады, себебі тышқандардағы Aspm әсерлері мен адамдардағы ASPM әсерлері арасындағы қарама-қайшылықтар болды – осы ген мутациясынан микроцефалияға шалдыққан адамдардың миының мөлшері айтарлықтай азайған (шамамен 50% азайған), ал тышқандардағы ұқсас мутация мидың мөлшерінің аз ғана азаюына әкеп соқты. 2018 жылғы зерттеуде зерттеушілер Aspm 15-экзонын мақсат етті, онда адамдардағы мутация микроцефалияның ауыр жағдайларымен байланысты. Aspm функциясының жоғалуымен тояқтылардағы Aspm мутациясы бар жануарлардың жалпы ми мөлшері 40% азайды, бірақ дене мөлшері өзгермеді, бұл адамдардағы ASPM жоғалуының әсеріне ұқсас. Зерттеуде сондай-ақ KO тояқтыларындағы нейроөзіндік даму жолдары мен нейрогенезге әкелетін механизмдер, әсіресе үш түрлі нейрондық алғашқы жасуша (NPC) типі зерттелді, олардың барлығы митоздық маркер Ki 67 экспрессиялайды және қабық пластинасына радиалды глиальды миграциядан өтеді. Олар сыртқы қабықша асты аймақтың (OSVZ) NPC-лері көбінесе, әсіресе алдыңғы және дорсальды бөліктерде ығысқандығын анықтады, бұл ASPM KO салдарынан қабық көлемінің азаюында байқалған әсерге ұқсас.
The mouse gene, Aspm, is expressed in the primary sites of prenatal cerebral cortical neurogenesis. The difference between Aspm and ASPM is a single, large insertion coding for so called IQ domains. Studies in mice also suggest a role of the expressed Aspm gene product in mitotic spindle regulation. The function is conserved, the C. elegans protein ASPM 1 was shown to be localized to spindle asters, where it regulates spindle organization and rotation by interacting with calmodulin, dynein and NuMA related LIN 5. One mouse study looking at medulloblastoma growth in mice to study the Aspm gene, an ortholog to human ASPM, suggests that Aspm expression may drive postnatal cerebellar neurogenesis. This process occurs late in embryogenesis and immediately after birth over a time span of about 2 weeks in mice and 12 months in humans, and is regulated by the expression of the Shh gene. In proliferating cerebellar granule neuron progenitors (CGNPs), Shh expression in mouse models showed four times the amount of Aspm expression than those deprived of Shh expression in vivo. This induction of Aspm and up regulation during cerebellar neurogenesis was also seen in real time PCR, where its expression was relatively high at the peak of neurogenesis and much lower at the end of neurogenesis. Additionally, the study indicates that Aspm is necessary for cerebellar neurogenesis. In the presence of Aspm KO mutations and deletions, experimental mice models show decreased cerebellar volume under MRI, compared to the controls. In addition to mutated Aspm effects on neurogenesis, these mutations may also play a role in neural differentiation. When looking at adult brains in Aspm KO mice, there was a trend in overall size reduction, and variations in cortical thickness between mutant and wild type models. In the somatosensory cortex, KO mice had a significantly thicker layer I cortex, thinner layer VI cortex, and an overall decrease in cortical thickness in the cortical plate. Certain transcription factors expressions were also abnormal in the KO mice. For example, Tbr1 and Satb2 had an increased presence in the cortical sub plate, the first of which is important for differentiation and neuronal migration, and the second of which is a regulator of transcription and chromosomal remodeling. While mouse studies have established the role of Aspm mutations in microcephaly, several have linked this mutation to other significant defects. One study showed nerve fiber impairments in which the shape and form of cortex and white matter tissue was altered. This was shown postnatally comparing KO mice and controls, where both cell number and cortical thickness was decreased in KO mice. Using a cell staining methodology for histological analysis, the study also showed shorter distances between adjacent neurons in KO mice, indicating abnormalities in cell alignment in the absence of normal Aspm. Another significant impact of mutated Aspm is seen in germline abnormalities within mouse models. Mutations in Aspm were shown to reduce fertility in both female and male mice, indicated by a decrease in the rate of pregnancy and consequently the number of offspring, as well as a decrease in female ovarian size, as well as male sperm count and testicular size. The focus on severe germline mutations (as opposed to only mild microcephaly) in these mouse models raises the question as to whether or not human ASPM selection may be more significantly linked to reproduction than brain size. In addition to mouse models, a study using ferrets reveals more about ASPM and its role in determining cortical size and thickness. The researchers from this study chose ferrets over mouse models due to incongruencies between Aspm effects in mice versus ASPM effects in humans humans with microcephaly due to this gene mutation tend to have significantly reduced brain sizes (about 50% reduction), whereas the analogous mutation in mice only results in mild brain size reduction. In this 2018 study, researchers targeted Aspm exon 15, where a mutation in humans is linked to severe cases of microcephaly. With a loss of function in Aspm, ferrets with Aspm mutations saw a 40% decrease in overall brain size coupled with no reduction in body size, similar to the effects of loss of ASPM in humans. The study also looked at the neurodevelopmental pathways and mechanisms leading to neurogenesis in the KO ferrets compared to the WT controls, specifically studying three different neuron progenitor cell (NPC) types, all of which express the mitotic marker Ki 67 and undergo radial glial migration to the cortical plate. They found that outer subventricular zone (OSVZ) NPCs were largely displaced, especially frontally and dorsally which mirrors the effects seen in cortical volume reductions due to ASPM KO.
Адамдармен зерттеулер
Адамның алғашқы микроцефалиясы (АМ) – генетикалық тұрғыдан аутосомалық рецессивті қасиет ретінде мұраға берілетін ерекше түрі. АМ кішкентай ми қабығымен сипатталады, бұл жеңіл немесе орташа дәрежедегі ақыл-ой кемістігімен және басқа да неврологиялық бұзылыстардың болмауымен байланысты. Сонымен қатар, АМ ішкі жатыр инфекциялары, жүктілік кезеңіндегі сәулелену немесе дәрілердің әсері, аналық фенилкетонурия және туу кезіндегі асфиксия сияқты қоршаған орта факторларының болмауымен де байланысты. Бүгінгі күнге дейін адамдарда микроцефалиямен байланысты алты локус және төрт геннің мутациясы анықталды. ASPM, осы гендердің бірі, MCPH5 локусында орналасқан. Адамдарда АМ-ның ең көп таралған себебі – ASPM генінің гомозиготалық генетикалық мутациясы, ол Drosophila-ның бұрмаланған шпиндель генінің (asp) гомологы болып табылады. Пишон және авторлар тобы "RP11 32D17" инсертінің BamHI ферментімен кесілген фрагменттерін пайдаланып BAC клондарын алды және клондарды флуоресцеин 12 dUTP-мен белгілеу үшін Fluorescence in situ Hybridization (FISH) әдісін қолданды. Бұл ген Папуа-Жаңа Гвинея халқының арасында жоғары пайызбен – 59,4% кездеседі. Қазіргі уақытта осы геннің екі аллелі бар: ескі (5800 жылдан бұрынғы) және жаңа (5800 жылдан кейінгі) аллельдер. Адамдардың шамамен 10%-ында жаңа ASPM аллелінің екі көшірмесі бар, ал 50%-ында ескі аллельдің екі көшірмесі бар. Қалған 40%-ында әр аллельдің бір-бір көшірмесі бар. Жаңа аллельдің иегерлерінің 50%-ында осы аллельдің бірдей көшірмесі кездеседі. Аллель үлкен (62 кбж) аймақта генотипке әсер етеді, бұл селективті тазалау деп аталады, ол популяцияда мутацияның (мысалы, жаңа ASPM) жылдам таралуын көрсетеді; бұл мутацияның индивид үшін қандай да бір пайдалы екенін көрсетеді. Жаңа ASPM аллелі бар және жоқ адамдардың IQ-сын тексеру орташа IQ деңгейінде ешқандай айырмашылықты көрсетпеді, бұл геннің интеллектіні арттыратындығын растамайды. Ми дамуына қатысты басқа да гендер әртүрлі популяцияларда селекциялық қысымға ұшыраған сияқты. Ми қабығындағы жасуша қабаттарын ұйымдастыруға қатысатын DAB1 гені қытайлықтарда селективті тазалаудың белгілерін көрсетеді. Синаптикалық везикула ақуызын кодтайтын SV2B гені афроамерикандықтарда да селективті тазалаудың белгілерін көрсетеді.
Human primary microcephaly (MCPH) is a distinct subtype that is genetically inherited as an autosomal recessive trait. MCPH is characterized by a smaller cerebral cortex associated with mild to moderate mental retardation and no other neurological deficits. Additionally, MCPH is associated with the absence of environmental causes such as intrauterine infections, exposure to prenatal radiation or drugs, maternal phenylketonuria, and birth asphyxia. To date, mutations in six loci and four genes associated with microcephaly have been discovered in humans. ASPM, one of these genes, is found at the MCPH5 locus. The most common cause of MCPH in humans is homozygous genetic mutation of the ASPM gene, orthologous to the Drosophila abnormal spindle gene (asp). Pichon et al. obtained BAC clones with BamHI digestion fragments of the "RP11 32D17" insert and used Fluorescence in situ Hybridization (FISH) in order to label the clones with fluorescein 12 dUTP. It is also found with an unusually high percentage among the people of Papua New Guinea, with a 59.4% occurrence. Currently, two alleles of this gene exist: the older (pre 5,800 years ago) and the newer (post 5,800 years ago). About 10% of humans have two copies of the new ASPM allele, while about 50% have two copies of the old allele. The other 40% of humans have one copy of each. Of those with an instance of the new allele, 50% of them are an identical copy. The allele affects genotype over a large (62 kbp) region, a so called selective sweep which signals a rapid spread of a mutation (such as the new ASPM) through the population; this indicates that the mutation is somehow advantageous to the individual. Testing the IQ of those with and without new ASPM allele has shown no difference in average IQ, providing no evidence to support the notion that the gene increases intelligence. Other genes related to brain development appear to have come under selective pressure in different populations. The DAB1 gene, involved in organizing cell layers in the cerebral cortex, shows evidence of a selective sweep in the Chinese. The SV2B gene, which encodes a synaptic vesicle protein, likewise shows evidence of a selective sweep in African Americans.