Нейробиологи раскрыли тайну синдрома врожденной центральной гиповентиляции

В греческой мифологии проклятие водяной нимфы заставляет человека бодрствовать или задохнуться. Для сегодняшней редкой части населения проклятие слишком реально. Теперь команда под руководством исследователей из Университета Коннектикута описывает в Природные коммуникации как проклятие действует на молекулы мозга.

Люди с проклятием Ундины, также известным как синдром врожденной центральной гиповентиляции, лишены способности бессознательно регулировать дыхание. Таким людям необходима машина, помогающая им дышать во время сна, иначе они рискуют умереть. Плохой сон и недостаток кислорода приводят к проблемам со здоровьем и обучением, и люди с этим заболеванием часто умирают молодыми.

Состояние также является ужасным стрессом для семьи человека с проклятием Ундины.

Дэн Малки, нейробиолог из Калифорнийского университета в Коннектикуте, описывает, как его коллега поехал на научную конференцию с семьей ребенка, у которого было это расстройство. Это было ночью. Они попали в пробку. Ребенок периодически засыпал. Ученый сидел на заднем сиденье и каждые несколько минут ему приходилось будить ребенка.

«Если у вас есть дети, вам знакомо это чувство. Вы будите их, потому что хотите, чтобы они дышали», — говорит Малки, имея в виду распространенную тревогу молодых родителей по поводу дыхания младенцев. «Но потом они начинают злиться».

Для семей, переживающих проклятие Ундины, капризный ребенок намного лучше альтернативы.

У большинства людей дыхание автоматическое. Мы можем не думать об этом, и это просто происходит. Но в этой фразе «это просто случается» заключено очень многое.

Небольшая группа клеток в стволе мозга контролирует дыхание. Эти клетки тонко настроены на уровень CO.₂ в нашем кровотоке. Если CO₂ уровни увеличиваются, эти клетки увеличивают частоту дыхания, чтобы очистить CO₂ и получить больше кислорода. Но у людей, подвергшихся проклятию Ундины, эти клетки работают неправильно. Когда эти люди засыпают, они полагаются на машины, которые поддерживают их дыхание.

Малки и Анастасиос Цингунис, еще один нейробиолог Калифорнийского университета в Коннектикуте, сосредоточили свои исследования на этой небольшой группе клеток в стволе мозга. Считается, что у людей с проклятием Ундины эти CO₂-настроенные клетки не могут развиваться, что приводит к потере способности дышать.

Теперь Цингунис, Малки и группа исследователей во главе с аспирантом Калифорнийского университета в Коннектикуте Джейсефом Сото сообщают, что эти CO₂ Чувствительные клетки ствола мозга чрезвычайно чувствительны к мутациям калиевого канала, известного как KCNQ2.

В частности, они показывают, что специфическая мутация в KCNQ2 приводит к проблемам с дыханием, напоминающим проклятие Ундины.

Каналы KCNQ — их пять — работают вместе в различных комбинациях, перемещая ионы калия внутрь клеток и из них. Но в клетках ствола мозга, регулирующих дыхание, KCNQ2 появляется один.

«В районе, который мы изучаем, поскольку нет других каналов KCNQ, мутация может свободно разрастаться», — говорит Малки.

Под «диким» он подразумевает наличие так называемой мутации приобретения функции. Канал слишком активен, что позволяет калию постоянно вытекать из клетки, что приводит к замиранию клеток. Они перестают сигнализировать телу о необходимости дышать.

«Когда каналы KCNQ становятся настолько активными, это похоже на дыру в мембране» клетки, — говорит Цингунис. «Если они очень активны, это сохраняет мозг очень тихим».

Слишком тихо.

Цингунис сконструировал мышей с мутациями, приводящими к увеличению функции KCNQ2, и с помощью Сото обнаружил, что у этих мышей почти такие же проблемы с дыханием в периоды низкой активности, когда мыши должны спать, как и у людей с проклятием Ундины. В этом случае у мышей есть клетки, отвечающие за дыхание, но их активность снижается из-за мутации KCNQ2.

Люди также могут иметь эту мутацию усиления функции KCNQ2, и это частая причина энцефалопатии развития. У них снижена дыхательная активность, как и у мышей. Интересно, что мутации в других каналах KCNQ не приводят к проблемам с дыханием, что указывает на то, что клетки мозга, контролирующие дыхание, очень чувствительны к нарушению работы KCNQ2.

Поскольку каналы KCNQ обычно работают в организме вместе, возможно, другие каналы KCNQ компенсируют недостаток KCNQ2 повсюду, за исключением тех специальных клеток, которые стимулируют дыхание в стволе мозга. Эти дыхательные клетки ствола мозга лишены какого-либо другого типа канала KCNQ и поэтому являются уникально уязвимыми.