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.

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.

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.