در پی یافتن راه‌های بهتر برای آزمایش درمان‌های جدید و بررسی بیشتر تأثیرات ژنتیک منحصربه‌فرد مرتبط با سندرم داون، محققان در پزشکی جان هاپکینز و دانشگاه توتوری در ژاپن، آنچه را که تصور می‌شود اولین مدل موش‌های صحرایی سندرم داون باشد مهندسی ژنتیک و مشخص کردند. .
گزارشی از تحقیقات آنها در 24 ژانویه منتشر شد مجله آمریکایی ژنتیک انسانی.
دانشمندان مدت‌هاست که به دنبال راه‌هایی برای بهبود مراقبت‌های پزشکی برای افراد مبتلا به سندرم داون، به‌ویژه افرادی که از چالش‌های جسمی و ذهنی که نشانه‌های این بیماری هستند، رنج می‌برند، بوده‌اند. اینها شامل افزایش خطر نقص قلبی، مشکلات گوارشی و مشکلات یادگیری و حافظه است.
راجر اچ. ریوز، دکترای فیزیولوژی، می گوید: «توسعه یک مدل حیوانی که این ویژگی ها را با سندرم داون انسانی مشترک است، به ما امکان می دهد تا روش های درمانی را به طور مؤثرتری آزمایش کنیم، با احتمال بیشتری برای ایجاد درمان هایی که می توانند در افراد کار کنند. دانشکده پزشکی دانشگاه جان هاپکینز
سندرم داون در ریشه خود نتیجه یک به اصطلاح “تریزومی” یا سه برابر شدن کروموزومی است. یک سلول انسانی معمولی دارای 23 جفت کروموزوم است که حاوی دستورالعمل های ژنتیکی است که بر عملکرد درونی آن و نحوه تعامل آن با بقیه بدن نظارت می کند. سندرم داون زمانی رخ می دهد که فردی با یک نسخه اضافی جزئی یا کامل از کروموزوم 21 متولد شود، وضعیتی که تریزومی 21 نامیده می شود. اثرات این کروموزوم اضافی به طور گسترده در بدن بروز می کند و تأثیرات آن در افراد متفاوت است.
موش‌ها – مانند انسان‌ها – به‌طور تصادفی فرزندانی با کروموزوم‌های 21 اضافی تولید نمی‌کنند، بنابراین محققان به دنبال انجام یک شاهکار پیچیده مهندسی ژنتیک برای تولید موش‌هایی با کروموزوم 21 اضافی شدند.
این فرآیند شامل انتقال کروموزوم 21 از گلبول های سفید خون انسان به سلول های موش، سپس به سلول های مرغ، سپس سلول های همستر و در نهایت به جنین موش بود.
در هر انتقال، محققان تغییرات ژنتیکی مختلفی از جمله افزودن یک پروتئین درخشان سبز رنگ را انجام دادند که تحت نور فرابنفش موش‌هایی را با کروموزوم‌های 21 اضافی شناسایی کرد.
ریوز و تیمش سپس ویژگی‌های شناختی و فیزیکی موش‌های دستکاری شده ژنتیکی را برای صفات مرتبط با کروموزوم 21 اضافی ارزیابی کردند.
برای مثال، برای آزمایش یادگیری و حافظه موش‌ها، محققان آزمایش‌های ماز استانداردی را با موش‌های دستکاری شده ژنتیکی انجام دادند.
موش‌هایی که دارای کروموزوم 21 اضافی بودند نسبت به موش‌های معمولی ژنتیکی، زمان بیشتری برای حل پیچ و خم نیاز داشتند. آنها همچنین زمانی که برای حل یک معما در چهار روز متوالی به چالش کشیده شدند، راه حل پیچ و خم را به خاطر بسپارند.
سایر آزمون‌های شناختی نشان دادند که، به طور کلی، موش‌هایی که کروموزوم 21 اضافی داشتند، نسبت به موش‌های بدون کروموزوم اضافی، مضطرب‌تر و بیش فعال‌تر بودند. این نتایج با ارزیابی‌های افراد مبتلا به سندرم داون، که گزارش داده‌اند میزان اضطراب، اختلالات توجه و اختلالات یادگیری و حافظه بالاتری دارند، مطابقت دارد.
در مطالعات تشریحی، محققان همچنین دریافتند که ساختار مغزی به نام مخچه در موش هایی با کروموزوم 21 اضافی به طور قابل توجهی کوچکتر است. مخچه مرکزی برای عملکردهای اصلی بدن، از جمله پردازش پیام در سراسر مغز است، و در افراد مبتلا به سندرم داون بسیار کوچکتر است.
ریوز می‌گوید: «در حال حاضر پیشرفت‌هایی در توسعه داروها وجود دارد که به رشد مخچه در موش‌ها کمک می‌کنند. “اگر ما در نهایت آن را به داروهایی برای انسان تبدیل کنیم، ممکن است بتوانیم به افراد مبتلا به سندرم داون کمک کنیم تا مهارت های یادگیری و حافظه خود را بهبود بخشند.”
تفاوت‌های مشخص صورت در افراد مبتلا به سندرم داون – مانند چهره‌های صاف‌تر، چشم‌های بادامی شکل و سرهای کوچکتر – در موش‌ها نیز وجود داشت. در حالی که مردم نمی توانند به موش نگاه کنند و تشخیص دهند که آیا چهره آن با یک جونده معمولی متفاوت است، یک برنامه کامپیوتری می تواند تفاوت ها را اندازه گیری کند. جمجمه‌ها در دستگاه سی‌تی اسکن شدند و داده‌ها به یک برنامه مدل‌سازی رایانه‌ای اضافه شدند که نشان داد موش‌ها پوزه‌های کوتاه‌تری داشتند. استخوان‌هایی که این ویژگی‌ها را در جمجمه موش‌ها تشکیل می‌دهند با استخوان‌هایی در جمجمه انسان مطابقت دارد که مشخصه «صاف شدن» صورت در افراد مبتلا به سندرم داون را تشکیل می‌دهند.
در نهایت، 17 درصد از موش‌های با کروموزوم 21 اضافی، ناهنجاری در بطن‌های قلب داشتند که مشابه نمونه‌ای بود که در 21 درصد از کودکان مبتلا به سندرم داون تشخیص داده شد.
این مدل از طریق مرکز تحقیقات و منابع موش صحرایی تحت حمایت NIH در دانشگاه میسوری و پروژه ملی منابع زیستی برای موش صحرایی در ژاپن برای محققان توزیع خواهد شد. سایر محققان درگیر در این مطالعه عبارتند از یاسوهیرو کازوکی، میهو یاماکاوا، کاناکو کازوکی، نایو کجیتانی، موئکا کوشیما، ماساهارو هیراتسوکا، هیروشی کونیشی، ساتوشی ایچیساکا، یوشیو هاتا، یوجی ناکایاما و یویچ آیدا از دانشگاه توتوری، یوناگو، ژاپن. ماسومی هیرابایاشی، هیروماسا هارا و ماکوتو سانبو از موسسه ملی علوم فیزیولوژیکی، اوکازاکی، ژاپن؛ هاروکا تاکایاما، ساتوشی آبه و شوکو تاکه هارا از Trans Chromosomics، Inc.، Tottori، ژاپن؛ فنگ گائو، ییکونگ لی، بی چنگ و آنا مویر از جانز هاپکینز. ساتوکو ماتسوکورا و نائوهیرو نودا از موسسه ملی علوم و فناوری پیشرفته صنعتی ژاپن؛ ساچیکو میاگاوا-تومیتا از دانشگاه یامازاکی فناوری بهداشت حیوانات، توکیو، ژاپن، و دانشگاه توکیو، توکیو، ژاپن؛ ناندینی سینگ از دانشگاه ایالتی کالیفرنیا؛ جوآن ریشتمایر از دانشگاه ایالتی پن؛ و میتسوئو اوشیمورا از دانشگاه توتوری، یوناگو، ژاپن، و ترانس کروموزومیکس، شرکت، توتوری، ژاپن.
این کار توسط آژانس علم و فناوری ژاپن CREST، مؤسسه ملی علوم فیزیولوژیکی در ژاپن، بنیاد میتسوبیشی و مؤسسه ملی سلامت یونیس کندی شرایور مؤسسه ملی سلامت کودک و توسعه انسانی (R01HD038384, R21HD098540) پشتیبانی شد.