Laboratoř neurogenetiky

CO DĚLÁME

Studujeme geny důležité pro kognitivní funkce a zkoumáme, jak mohou jednotlivé genetické defekty vést k dramatickým a závažným neurovývojovým poruchám, jako je mentální postižení (ID) nebo autismus (porucha autistického spektra, ASD).

 JAK TO DĚLÁME

Do genů ovocné mušky drozofily zavádíme ekvivalentní mutace, které se vyskytují u jedinců s ID nebo ASD. V závislosti na typu mutace používáme různé přístupy, například RNA interferenci (k napodobení ztráty funkce), nadměrnou expresi (k napodobení zisku funkce) nebo úpravu genomu pomocí CRISPR/Cas9 (k modelování missense a variant specifických pro pacienta).

U genetického modelu octomilky se kontrolují kognitivní fenotypy. Zaměřujeme se hlavně na habituaci, konzervovanou formu učení, kterou jsme shledali relevantní pro ID a ASD. Během habituace postupně slábne reakce na opakované irelevantní podněty. Ty jsou odfiltrovány a náš mozek se může soustředit na důležité věci. Typickým příkladem je schopnost naučit se ignorovat zvuk tikajících hodin. Habituace chrání náš mozek před informačním přetížením a je nutná pro vyšší kognitivní funkce, jako je paměť. Lze ji hodnotit jak u jedinců s ID/ASD, tak u jejich drozofilích modelů, což ji činí vhodnou pro zkoumání mechanismů onemocnění a cílů pro léčbu.

Více informací o genetice, molekulární kontrole a klinickém významu habituačního učení si můžete přečíst v našem review.

Stejně jako si lidský mozek zvyká = habituuje se na tikání hodin, mohou octomilky potlačit svou skokovou reakci na opakování podnětu vypínání světla. Zpočátku jej vnímají jako nebezpečí a reagují skokem. Po několika opakováních se naučí, že jim to nijak neškodí, a přestanou skákat. Mouchy s habituačním deficitem nejsou schopny potlačit reakci a pokračují ve skákání, jako na videu níže. Náš habituační test se proto nazývá habituace na zhasnutí světla. Pomocí tohoto testu můžeme otestovat 24 much za méně než 30 minut.

Používáme nástroje buněčné a časově specifické (Gal4 a split-Gal4, TARGET) k určení neuronových substrátů a vývojového původu genově specifického habituačního deficitu a genetických interakcí k identifikaci dysfunkčních drah a cílů léčby. Zabýváme se také biologií synapsí, protože habituace souvisí se synaptickou funkcí (viz příklad zde). K určení účinku chybějících variant defektů habituace nebo variant specifických pro pacienta používáme strukturní modelování a molekulární analýzy. Nakonec se pokoušíme deficity korigovat pomocí léků specifických pro daný mechanismus.

PROČ JE TO DŮLEŽITÉ

ID a ASD jsou závažné a souběžně se vyskytující neurovývojové poruchy. ID/ASD mají většinou monogenní příčiny - jsou způsobeny mutacemi v jednotlivých genech. K dnešnímu dni známe >1500 takových genů. Představují možnost nahlédnout do biologických drah a cílů léčby, ale jejich studium na málo výkonných modelech, jako jsou laboratorní myši, by trvalo příliš dlouho. Je třeba vytvořit vysoce výkonný model. Drozofila je skvělou příležitostí, protože má velkou genetickou konzervovanost (75 % genů nemocí lze nalézt i u octomilek), high-throughput kompatibilitu a účinné nástroje pro vytváření mutací a analýzu molekulárních mechanismů. Díky high-throughput light-off jump habituaci můžeme posoudit to, co je nejdůležitější - kognitivní funkce. Zavedené postupy habituace u lidí usnadní převedení těchto poznatků do léčebných studií.