Интегративная транскриптомика и электрофизиологический профиль нейронов, полученных из hiPSC, выявляют новые лекарственно пригодные пути при синдроме Куулена-де Вриса

Почему это исследование заболеваний мозга важно

Синдром Куулена‑де Вриса — редкое генетическое состояние, которое вызывает задержку развития, трудности в обучении и пониженный мышечный тонус. В настоящее время у семей нет специфического медицинского лечения, только поддерживающая помощь. Это исследование демонстрирует, как ученые могут вырастить нервные клетки от пациентов в лаборатории, проследить, чем их электрическая активность отличается от типичных клеток, и использовать эти различия для поиска лекарств, которые могли бы восстановить более нормальную коммуникацию между клетками мозга.

Выращивание клеток мозга пациента в чашке Петри

Исследователи начали с превращения клеток кожи людей с синдромом Куулена‑де Вриса и от здоровых добровольцев в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, которые затем можно направить в различные типы клеток. Затем они стимулировали эти стволовые клетки к дифференцировке в возбуждающие нейроны и выращивали их на специальных планшетах с крошечными электродами, регистрирующими электрические сигналы. В течение нескольких недель эти лабораторно созданные сети начали стрелять согласованными вспышками, имитируя то, как группы нейронов обмениваются информацией в мозге.

Поиск причин нарушений в «разговоре» клеток

При сравнении сетей, полученных от пациентов, и контролей команда обнаружила, что нейроны при синдроме Куулена‑де Вриса реже генерировали синхронизированные вспышки и делали это более нерегулярно, с «дрожащим» паттерном. Одновременно эти нейроны формировали меньше синапсов — точек контакта, через которые клетки обмениваются сигналами. Чтобы понять причину, ученые разработали подход, который назвали MEA‑seq: сначала регистрируют сетевую активность, а затем немедленно измеряют, какие гены включены или выключены в тех же культурах. Сопоставляя электрические характеристики с уровнями активности генов, они смогли выделить молекулы, влияющие на качество сетевых вспышек.

Хлоридный канал и истощенные «энергетические фабрики»

Одним из ключевых открытий стал ген CLCN4, который кодирует белок хлоридного канала. Повышенные уровни этого гена в нейронах пациентов связывались с более слабыми, реже возникающими вспышками и увеличенными паузами между ними. Когда исследователи понижали выражение CLCN4 в клетках пациента, тайминг и сила сетевых вспышек смещались в сторону контрольных паттернов, а число синапсов увеличивалось. Исследование также выявило сильную связь между генами, вовлеченными в работу митохондрий — «энергетических фабрик» клетки — и здоровыми паттернами активности. Последующие эксперименты показали, что нейроны пациентов имеют ухудшенное митохондриальное дыхание и сниженную способность вырабатывать клеточное топливо, а также меньшую зависимость от гликолиза, что указывает на общий дефицит энергии.

Скрининг существующих препаратов по генетическим подписьям

Имея наборы паттернов активности генов из нейронов пациентов, команда обратилась к большой публичной базе данных, в которой собраны изменения экспрессии генов под действием тысяч препаратов в человеческих клетках. Они искали соединения, которые могли бы обратить генетическую подпись, характерную для синдрома Куулена‑де Вриса, особенно изменения, связанные с митохондриями и сетевой активностью. Из этого вычислительного скрининга они отобрали десять существующих или экспериментальных препаратов, потенциально воздействующих на метаболизм энергии или связанные пути, и тестировали их в течение нескольких недель на сетях нейронов, полученных от пациентов, чтобы посмотреть, станет ли электрическая активность более регулярной и синхронизированной.

Многообещающие эффекты природного антиоксиданта

Два соединения, фасудил и флоретин, выделялись способностью приблизить аномальную сетевую активность к контрольным показателям. Флоретин, природный антиоксидант, встречающийся в яблоках, дал самые последовательные преимущества в нескольких линиях клеток пациентов. Он увеличивал долю спайков, происходящих внутри упорядоченных вспышек, повышал частоту вспышек в некоторых линиях и снижал изменчивость между ними. Анализы генов показали, что оба препарата усиливают программы, связанные с нейронными отростками — длинными процессами, на которых располагаются синапсы, а флоретин дополнительно активировал пути, связанные с энергетическим обменом. Параллельно флоретин восстановил плотность синапсов до уровня, близкого к контролю, и снизил маркеры окислительного стресса в нейронах пациентов.

Что это может означать для будущего лечения

Это исследование пока не предлагает готовую терапию для людей с синдромом Куулена‑де Вриса, но прокладывает конкретный путь вперед. Объединив электрические записи и данные о экспрессии генов в нейронах, полученных от пациентов, исследователи проследили, как утрата копии гена KANSL1 приводит к нарушению сетевых ритмов через изменение ионных каналов, уменьшение числа синапсов и ослабление митохондрий. Используя те же данные, они выявили существующие соединения, такие как флоретин, которые частично нормализуют эти нарушения в культуре. В долгосрочной перспективе эта интегрированная стратегия может ускорить разработку и тестирование целевых лечебных подходов не только для синдрома Куулена‑де Вриса, но и для других нейроразвивающихся состояний, при которых сети нейронов теряют синхронность.

Цитирование: Verboven, A.H.A., Puvogel, S., Latour, B.L. et al. Integrative transcriptomics and electrophysiological profiling of hiPSC-derived neurons identifies novel druggable pathways in Koolen-de Vries Syndrome. Mol Psychiatry 31, 3558–3575 (2026). https://doi.org/10.1038/s41380-026-03482-x

Ключевые слова: Синдром Куулена‑де Вриса, нейроны из hiPSC, нейронные сети, митохондриальная дисфункция, репозиционирование лекарств