誤配置されたニューロンが脳の配線を混乱させる (Misplaced neurons disrupt wiring of the brain)

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2025-02-21 ミュンヘン大学 (LMU)

ミュンヘン大学(LMU)のシルビア・カッペロ教授率いる国際研究チームは、脳の発達中に適切な位置へ移動しなかったニューロンが、過剰な活動を示し、発作や学習障害を引き起こす「脳室周囲灰白質異所性(periventricular heterotopia)」の原因となることを明らかにしました。患者由来の幹細胞を用いて作製した3D脳モデル(セレブロイド)を調査した結果、これらの異所性ニューロンは、特定の遺伝子(DCHS1)の変異により、刺激に対する閾値が低下し、過剰な電気活動を示すことが判明しました。さらに、これらのニューロンは、形態がより複雑で、隣接するニューロンとのシナプス結合に変化が見られました。研究チームは、抗てんかん薬であるラモトリギンを使用して、この過活動を抑制することにも成功しました。この発見は、脳の配線異常に関する新たな知見を提供し、将来的には患者への新しい治療法の開発につながる可能性があります。

<関連情報>

灰白質ヘテロトピアに由来する神経細胞における神経過活動 Neuronal hyperactivity in neurons derived from individuals with gray matter heterotopia

Francesco Di Matteo,Rebecca Bonrath,Veronica Pravata,Hanna Schmidt,Ane Cristina Ayo Martin,Rossella Di Giaimo,Danusa Menegaz,Stephan Riesenberg,Femke M. S. de Vrij,Giuseppina Maccarrone,Maria Holzapfel,Tobias Straub,Steven A. Kushner,Stephen P. Robertson,Matthias Eder & Silvia Cappello
Nature Communications  Published:18 February 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-56998-1

誤配置されたニューロンが脳の配線を混乱させる (Misplaced neurons disrupt wiring of the brain)

Abstract

Periventricular heterotopia (PH), a common form of gray matter heterotopia associated with developmental delay and drug-resistant seizures, poses a challenge in understanding its neurophysiological basis. Human cerebral organoids (hCOs) derived from patients with causative mutations in FAT4 or DCHS1 mimic PH features. However, neuronal activity in these 3D models has not yet been investigated. Here we show that silicon probe recordings reveal exaggerated spontaneous spike activity in FAT4 and DCHS1 hCOs, suggesting functional changes in neuronal networks. Transcriptome and proteome analyses identify changes in neuronal morphology and synaptic function. Furthermore, patch-clamp recordings reveal a decreased spike threshold specifically in DCHS1 neurons, likely due to increased somatic voltage-gated sodium channels. Additional analyses reveal increased morphological complexity of PH neurons and synaptic alterations contributing to hyperactivity, with rescue observed in DCHS1 neurons by wild-type DCHS1 expression. Overall, we provide new comprehensive insights into the cellular changes underlying symptoms of gray matter heterotopia.

医療・健康
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