ZDHHC9遺伝子と認知処理の違いを結びつける
研究が、ZDHHC9遺伝子が知的障害のある人々の音の処理にどのように影響するかを明らかにした。
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認知、つまり私たちが考えたり情報を処理したりする方法は、発達の過程で遺伝的要因や脳のメカニズムの影響を受けるよね。いくつかの珍しい遺伝的障害は知的障害につながることがあって、これを研究することで認知の困難を引き起こすさまざまな要因について学べるかもしれないんだ。遺伝子研究と脳モデルを組み合わせることで、特定の遺伝子が脳の機能にどのように影響し、最終的に認知能力に影響を与えるかを明らかにできるんだ。
その中のひとつがZDHHC9という遺伝子で、これは知的障害と関連があるんだ。この遺伝子はタンパク質を修飾したり、細胞内に移動させたりする役割を持ってる。うまく機能しないと軽度から中程度の知的障害、言語の問題、スピーチの困難を引き起こすことがあるんだ。場合によっては、発作も含まれることがあるけど、これらの症状を結びつける正確な原因はまだはっきりしていないみたい。ZDHHC9の役割を理解することが、これらの課題に寄与する重要な生物学的プロセスを明らかにする助けになるかもね。
MRIスキャンを用いた研究では、ZDHHC9関連の知的障害を持つ人たちは脳の構造に顕著な違いがあることが示されたんだ。これらの違いは発作や認知の課題のリスクを高める可能性があって、脳の薄い部分や異常な脳ネットワークのつながりが見られることがある。磁気脳波測定(MEG)を使った研究でも、ZDHHC9変異を持つ人たちが脳活動において違いを示すことが分かっていて、特に特定の脳の状態がどれくらい持続するかや脳の領域同士のつながりに違いがあるみたい。
これまでの研究ではZDHHC9関連の障害のさまざまな特徴を調べてきたけど、特にこれらの状態に関連する局所的な脳活動に関してはまだ多くの未解明の分野があるんだ。小規模な研究では、動物を使った実験でZDHHC9遺伝子の問題が脳細胞のつながりや機能に変化をもたらすことが示されている。たとえば、ラットの脳細胞を使った実験では、この遺伝子が欠けていると短くてシンプルな枝が見られたり、興奮性の結びつきに比べて抑制的な結びつきが少なかったりした。
この研究では、ZDHHC9関連の障害を持つ人たちの脳活動を、以前の研究で観察された脳細胞の行動の違いと結びつけることを目指していたんだ。参加者が特定の課題を聞いている間、MEGデータを収集した。この課題は、繰り返しの音に時々異なる音を混ぜて、どれくらい変更に気づけるかを評価するものだったんだ。
研究には、ZDHHC9関連の障害を持つ9歳から41歳までの8人の男性参加者と、神経学的または精神的な問題を持たない同年代の7人の男の子の対照群が参加した。研究の前に倫理的な承認を得て、参加者やその保護者から同意を得たよ。
MEGデータを収集するために、研究者たちは特別な機械を使って、制御された部屋で脳活動を測定したんだ。目的は、参加者がサイレントムービーに集中している間、標準的な音と異なる音にどのように反応するかを分析することだった。音は周波数が異なり、参加者がこれらの音の変化に気づく能力を追跡するために設定されていたんだ。
データを集めた後、研究者たちはノイズやアーティファクトを取り除いて、音に関連した脳活動だけを分析した。さまざまな周波数の音が脳の反応にどのように影響するかを見たんだけど、これは通常の脳の発達を持つ人々に特有のパターンを示していることが知られているんだ。
分析の結果、音に対する全体的な脳の反応は、ZDHHC9グループでは対照群に比べて遅れて起こったけど、特定の周波数に対する応答は振幅が強いことも分かった。これは、ZDHHC9の変異を持つ人たちが音を異なって処理していることを示唆しているね。
次に、研究者たちは通常の音と異常な音に対する脳の反応を比較したんだ。ZDHHC9の変異を持つ人たちは、音が変わったときに脳の反応がより強くなる傾向があることが分かって、音の入力の変化に対して特に敏感である可能性があることが示された。
さらに調査するために、研究者たちは脳が音を処理する様子を模倣した特別なコンピュータモデルを使った。ZDHHC9の変異の特徴を反映するようにモデルを調整することで、脳の機能の変化がMEGデータで見られた反応にどのように影響するかを観察した。これにより、ZDHHC9の状態に一般的に関連する抑制の低下の影響をシミュレートすることができたんだ。
モデルでの実験では、抑制を下げると、ZDHHC9関連の障害を持つ人たちの観察された反応に似た強い応答が得られた。これによって、こうした脳の信号の変化がこの遺伝的変異を持つ人たちの聴覚処理の困難に関与している可能性が示唆されたんだ。
しかし、モデル内で興奮性信号を増やすと不安定な出力が得られ、単に興奮を増加させるだけでは有効な解決策ではないことが分かった。これらの発見は、脳内の興奮と抑制のバランスが健全な聴覚処理にとって重要であることを示しているんだ。
まとめると、この研究は特定の遺伝的障害が脳の機能に与える影響を通じて、認知能力にどのように影響するのかについて貴重な洞察を提供しているよ。遺伝的変異と脳の処理の関連を理解することで、知的障害を持つ人々を支援するための効果的な戦略を探求する研究が進むかもしれない。さらに、これらの結果を確認するために、より大きなグループや多様な年齢層を対象にした追加研究が必要だね。
タイトル: Synaptic function and sensory processing in ZDHHC9-associated neurodevelopmental disorder: a mechanistic account
概要: Loss-of-function ZDHHC9 variants are associated with X-linked intellectual disability (XLID), rolandic epilepsy (RE) and developmental language difficulties. This study integrates human neurophysiological data with a computational model to identify a potential neural mechanism explaining ZDHHC9-associated differences in cortical function and cognition. Magnetoencephalography (MEG) data was collected during an auditory roving oddball paradigm from eight individuals with a ZDHHC9 loss-of-function variant (ZDHHC9 group) and seven age-matched individuals without neurological or neurodevelopmental difficulties (control group). Evoked responses to auditory stimulation were larger in amplitude and showed a later peak latency in the ZDHHC9 group but demonstrated normal stimulus-specific properties. Magnetic mismatch negativity (mMMN) amplitude was also increased in the ZDHHC9 group, reflected by stronger neural activation during deviant processing relative to the standard. A recurrent neural network (RNN) model was trained to mimic recapitulate group-level auditory evoked responses, and subsequently perturbed to test the hypothesised impact of ZDHHC9-driven synaptic dysfunction on neural dynamics. Results of model perturbations showed that reducing inhibition levels by weakening inhibitory weights recapitulates the observed group differences in evoked responses. Stronger reductions in inhibition levels resulted in increased peak amplitude and peak latency of RNN prediction relative to the pre-perturbation predictions. Control experiments in which excitatory connections were strengthened by the same levels did not result in consistently stable activity or AEF-like RNN predictions. Together, these results suggest that reduced inhibition is a plausible mechanism by which loss of ZDHHC9 function alters cortical dynamics during sensory processing. O_FIG O_LINKSMALLFIG WIDTH=200 HEIGHT=93 SRC="FIGDIR/small/587155v1_ufig1.gif" ALT="Figure 1"> View larger version (20K): [email protected]@f54610org.highwire.dtl.DTLVardef@caff66org.highwire.dtl.DTLVardef@145a4d2_HPS_FORMAT_FIGEXP M_FIG O_FLOATNOGraphical AbstractC_FLOATNO C_FIG In the current study, we employed a bottom-up approach to study the impact of synaptic-level alterations associated with ZDHHC9 variants on cortical function in healthy and ZDHHC9-deficient participants. To achieve this, a recurrent neural network model was developed to recapitulate MEG-derived auditory evoked responses and subsequently perturbed in order to determine effects on resulting dynamics. We show that reduced network inhibition recapitulates empirical observations, specifically increased response amplitudes, delayed peak latencies and increased mismatch negativity. These results offered a mechanistic account on the impact of ZDHHC9-associated synaptic alterations on auditory processing.
著者: Rebeca Ianov-Vitanov, J. Achterberg, D. Akarca, D. Astle, K. Baker
最終更新: 2024-03-30 00:00:00
言語: English
ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.03.28.587155
ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.03.28.587155.full.pdf
ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。
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