Come una mutazione genetica provoca una maggiore intelligenza

Riassunto: Una rara mutazione genetica che causa la cecità sembra anche essere associata a un’intelligenza superiore alla media, riporta un nuovo studio.

Fonte: Università di Lipsia

Le sinapsi sono i punti di contatto nel cervello attraverso i quali le cellule nervose “parlano” tra loro. Disturbi in questa comunicazione portano a malattie del sistema nervoso, perché proteine ​​sinaptiche alterate, ad esempio, possono alterare questo complesso meccanismo molecolare. Questo può portare a sintomi lievi, ma anche disabilità molto gravi nelle persone colpite.

L’interesse dei due neurobiologi, il professor Tobias Langenhan e il professor Manfred Heckmann, rispettivamente di Lipsia e Würzburg, è stato suscitato quando hanno letto in una pubblicazione scientifica una mutazione che danneggia una proteina sinaptica.

All’inizio, i pazienti affetti hanno attirato l’attenzione degli scienziati perché la mutazione li ha lasciati ciechi. Tuttavia, i medici hanno poi notato che anche i pazienti erano di intelligenza superiore alla media.

“È molto raro che una mutazione si traduca in un miglioramento piuttosto che in una perdita di funzione”, afferma Langenhan, professore e titolare di una cattedra presso l’Istituto di biochimica Rudolf Schönheimer presso la Facoltà di Medicina.

I due neurobiologi di Lipsia e Würzburg utilizzano da molti anni i moscerini della frutta per analizzare le funzioni sinaptiche.

“Il nostro progetto di ricerca è stato progettato per inserire al volo la mutazione dei pazienti nel gene corrispondente e utilizzare tecniche come l’elettrofisiologia per testare cosa succede successivamente alle sinapsi. Abbiamo pensato che la mutazione rendesse i pazienti così intelligenti perché migliora la comunicazione tra i neuroni che coinvolgono la proteina danneggiata”, afferma Langenhan.

“Naturalmente, non è possibile effettuare queste misurazioni sulle sinapsi cerebrali dei pazienti umani. Devi usare modelli animali per questo.

“Il 75% dei geni che causano malattie nell’uomo esistono anche nei moscerini della frutta”

In primo luogo, gli scienziati, in collaborazione con i ricercatori di Oxford, hanno dimostrato che la proteina della mosca chiamata RIM appare molecolarmente identica a quella degli esseri umani. Questo era essenziale per poter studiare al volo i cambiamenti nel cervello umano. Nella fase successiva, i neurobiologi hanno inserito nel genoma della mosca mutazioni che assomigliavano esattamente a quelle dei malati. Hanno quindi effettuato misurazioni elettrofisiologiche dell’attività sinaptica.

“Abbiamo effettivamente osservato che gli animali portatori della mutazione hanno mostrato una trasmissione di informazioni molto maggiore a livello delle sinapsi. Questo straordinario effetto sulle sinapsi della mosca si trova probabilmente in modo simile o simile nei pazienti umani e potrebbe spiegare il loro aumento delle prestazioni cognitive, ma anche la loro cecità”, conclude il professor Langenhan.

Gli scienziati hanno anche scoperto come si verifica una maggiore trasmissione alle sinapsi: i componenti molecolari della cellula nervosa di invio che attivano gli impulsi sinaptici si uniscono a causa dell’effetto della mutazione e provocano un aumento del rilascio di neurotrasmettitori. Un nuovo metodo, la microscopia a super risoluzione, è stata una delle tecniche utilizzate nello studio.

Gli scienziati hanno anche scoperto come si verifica una maggiore trasmissione alle sinapsi: i componenti molecolari della cellula nervosa di invio che attivano gli impulsi sinaptici si uniscono a causa dell’effetto della mutazione e provocano un aumento del rilascio di neurotrasmettitori. L’immagine è di pubblico dominio

“Ci fornisce uno strumento per guardare e persino contare le singole molecole e conferma che le molecole nella cellula di cottura sono più vicine di quanto non lo siano normalmente”, afferma il professor Langenhan, che è stato anche assistito nello studio dal gruppo di ricerca del professor Hartmut Schmidt dell’Istituto Carl Ludwig di Lipsia.

“Il progetto dimostra magnificamente come uno straordinario modello animale come il moscerino della frutta possa essere utilizzato per ottenere una comprensione molto profonda delle malattie del cervello umano. Gli animali sono geneticamente molto simili agli esseri umani. Si stima che il 75% dei geni implicati nella malattia nell’uomo si trovi anche nel moscerino della frutta”, afferma il professor Langenhan, indicando altre ricerche sull’argomento presso la Facoltà di Medicina:

“Abbiamo avviato diversi progetti congiunti con genetisti umani, patologi e il team del Centro Integrato di Ricerca e Trattamento (IFB) AdipivityDiseases; con sede presso l’Ospedale Universitario di Lipsia, studiano i disturbi dello sviluppo cerebrale, lo sviluppo di tumori maligni e l’obesità. Anche qui inseriremo mutazioni patogene nel moscerino della frutta per replicare e comprendere meglio le malattie umane.

A proposito di questa notizia di ricerca genetica e di intelligence

Autore: Susan Huster
Fonte: Università di Lipsia
Contatto: Susann Huster – Università di Lipsia
Foto: L’immagine è di pubblico dominio

Ricerca originale: Accesso chiuso.
“La mutazione CORD7 che migliora la cognizione umana aumenta il numero di zone attive e il rilascio sinaptico” di Tobias Langenhan et al. Cervello


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La mutazione CORD7 che migliora la cognizione umana aumenta il numero di zone attive e il rilascio sinaptico

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Gli esseri umani con la mutazione CORD7 (cone-rod dystrophy 7) hanno aumentato il QI verbale e la memoria di lavoro. Questa sindrome autosomica dominante è causata dallo scambio di un singolo aminoacido R844H (numerazione umana) situato nel 3dieci Elica C2Un dominio di RIMS1/RIM1 (molecola 1 che interagisce con Rab3).

RIM è una proteina multidominio evolutivamente conservata e un componente essenziale delle zone attive presinaptiche, che svolge un ruolo centrale nella rapida Ca2+– rilascio attivato di neurotrasmettitori. Finora non è chiaro come la mutazione CORD7 influenzi la funzione sinaptica.

Qui abbiamo stabilito Drosophila melanogaster come modello di malattia per chiarire gli effetti della mutazione CORD7 sulla funzione RIM e sul rilascio delle vescicole sinaptiche.

A tal fine, utilizzando l’espressione proteica e la cristallografia a raggi X, abbiamo risolto la struttura molecolare del Drosofila VS2Un dominio con una risoluzione di 1,92 Å e rispetto alla sua controparte di mammiferi ha stabilito che la posizione della mutazione CORD7 è strutturalmente conservata nella mosca RIM.

Inoltre, l’ingegneria del genoma assistita da CRISPR/Cas9 è stata utilizzata per la generazione di orlo codifica degli alleli R915H CORD7 swap o sostituzioni R915E, R916E (numerazione al volo) per effettuare un’inversione di carica locale a 3dieci elica.

Attraverso la caratterizzazione elettrofisiologica mediante clamp di tensione a due elettrodi e registrazioni focali, abbiamo determinato che la mutazione CORD7 esercita un effetto semi-dominante piuttosto che dominante sulla trasmissione sinaptica, con conseguente rilascio sinaptico più rapido ed efficiente e aumento delle dimensioni del pool facilmente rilasciabile ma sensibilità ridotta per il calcio chelante rapido BAPTA.

Inoltre, il orlo L’allele CORD7 ha aumentato il numero di zone attive presinaptiche ma ha lasciato invariata la loro organizzazione nanoscopica, come rivelato dalla microscopia a super risoluzione della proteina dello scaffold presinaptico Bruchpilot/ELKS/CAST.

Concludiamo che la mutazione CORD7 porta a un accoppiamento di rilascio più stretto, un aumento delle dimensioni del pool prontamente rilasciabile e più siti di rilascio, promuovendo così un rilascio del trasmettitore sinaptico più efficiente.

Questi risultati suggeriscono fortemente che meccanismi simili possono essere alla base del fenotipo della malattia CORD7 nei pazienti e che una maggiore trasmissione sinaptica può contribuire alle loro maggiori capacità cognitive.

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