生物帮强大的Frog-Embryo模型在风险基因，雌激素的保护作用方面发挥了新的作用。
加州大学旧金山分校和加州大学伯克利分校的科学家对自闭症风险基因进行的一项新研究表明，自闭症谱系障碍(ASD)的发展会破坏产前神经发生，在这一过程中，专门的“祖细胞”会产生新的脑细胞。该研究还表明，雌激素(可能以脑细胞内产生的形式)可以防止这种破坏，并在正常发育过程中引导大脑。
该研究中最引人注目的发现是发表在《神经元》上的实验，该实验是使用西部爪蛙(Xenopustropicis)的胚胎进行的实验，该物种因其对发育的独特见解而被生物学家珍视。
与人类发育相关的人类基因在非洲爪蟾中具有相似的功能 ，并且广泛的研究将人类胚胎发育阶段与青蛙的发育阶段相关联，这意味着非洲爪蟾的遗传研究 可能与人类健康和疾病的发展直接相关。
UCSF威尔神经科学研究所博士后研究员海伦·兰金·威尔西(Helen Rankin Willsey)博士 说：“非洲爪蟾由于许多原因一直是发育生物学的基石，而我们对人脑发育的很多了解都基于对青蛙的基础研究。” 共同资深作者 Matthew W. State医学博士，加州大学旧金山分校(Oberfdorf Family Distinguished)教授和UCSF精神病学与行为科学系主任。
“青蛙大脑的发育与人类的发育非常相似，并且塑造人类大脑的许多相同基因，蛋白质和分子在发育中的青蛙大脑中也具有相同的作用。这些因素使 非洲爪蟾 成为吸引人的物种，以加深对神经发育障碍的了解。”
将基因在发育过程中的影响融合在一起
在过去的十年中，对人类的基因组分析(包括许多由State和其同事领导的人类)已经确定了与ASD密切相关的基因突变，从而使科学家们可以 共同汇总数十个“高可信度”基因的列表， 这些基因赋予了开发这些基因的重大风险失调。随着人们对这些基因如何，何时以及在大脑中的何处发挥影响的了解不断增加，自闭症研究人员已开始大体上将ASD中可能出现的问题拼凑起来。
许多已知的突变是在已知有助于突触形成和功能(即脑细胞之间的交流部位)的基因中发生的，并且还影响了哪些基因最终被翻译成蛋白质的正确编排。但是，这些结论所依据的数据来自不同且不完整的来源，这些众所周知的风险基因可能在大脑发育的不同时间参与了不同的功能。
作为对这些想法的直接检验，并确定是否可能忽略了受这些突变影响的其他发育过程，这项新研究的第一作者威尔西求助于 非洲爪蟾，并将国家实验室与著名的发育生物学家理查德(Richard)整合在一起Harland博士，加州大学伯克利分校遗传学，基因组学与发展教授，CH Li杰出教授以及UCSF的 Jeremy Willsey博士，神经退行性疾病研究所 和精神病学与行为科学系的助理教授 ，系统生物学方法的领导者神经发育障碍
海伦·威尔西(Helen Willsey)和她的研究小组首先选择了迄今为止在人类中识别出的“十大ASD风险基因”，然后进行了实验，评估了在发育过程中在青蛙大脑中激活青蛙等同物的位置和时间。他们发现，所有十个基因都在青蛙前脑中与人的产前发育相对应的一个阶段表达，这 与 State和该研究的共同资深作者State和Jeremy Willsey在2013年进行的自闭症风险基因的计算分析非常吻合。纸。
并排比较
非洲爪蟾 雌性一次可以产下4000多个卵，这些卵很快发育成两细胞的胚胎，足以用肉眼看到。利用高通量CRISPR基因靶向技术，Helen Willsey的研究小组依次突变了10个基因中的每一个，但仅在两细胞胚胎中的一个细胞中发生了突变–通过这种技术，由基因修饰引起的任何发育差异只会在一半的大脑，而另一侧则正常发育。
能够轻松比较大脑的两半的能力清楚地表明，禁用了基因的大脑一侧存在着明显的大小差异–当某些基因发生突变时，受影响的一半更大，而另一些则更小。但是细胞和分子工作揭示了所有这些大小差异是由于神经发生过程的倾斜所致，这反映在前脑心室区域的祖细胞，脑细胞的先行者与成熟神经元的非典型比例上。
由于研究人员对复原力(可以克服ASD基因的作用的方式)和风险一样感兴趣，因此他们在非洲爪蟾 胚胎中测试了130多种药物化合物 。其中一个与雌激素有关，恢复了一种典型的神经发生方式，使大脑的大小在动物的两侧都匹配。相反，当测试另外两种抑制雌激素途径的化合物时，神经发生被更严重地破坏。 非洲爪蟾 在研究小组测试雌激素的发育阶段还没有性腺，因此威尔西认为，雌激素是在大脑而不是性器官中局部产生的，可以在发育过程中保护免受神经发生的干扰。
在人类神经祖细胞系中也观察到了雌激素相关化合物的保护作用，在人类神经祖细胞系中，各种ASD风险基因已通过特殊的CRISPR技术被抑制，在类似修饰的人脑类器官中，科学家使用了3D细胞簇研究组织和器官的发育。
威尔西说，由于许多不同基因的独立作用，雌激素具有逆转神经发生和大脑大小的不同作用的能力，应该使人们放心，在该领域中，基因发现的迅速步伐导致人们担心，自闭症患者可能太过复杂而无法应对与疗法。
尽管如此，雌激素对发育过程中的性别分化有深远的影响，Willsey的研究小组表明，它通过称为Sonic刺猬的主要信号传导途径调节神经发生，该途径在从大脑发育到四肢形成的所有过程中都起着至关重要的作用。她说，研究小组将雌激素鉴定为保护因子，仅应被认为是可以指导最终开发更安全，更有针对性的治疗方法的科学依据。
威尔西说：“已经有许多已证实的ASD基因，想出要在广泛人群中有效的疗法是一个棘手的问题。” “但是这项工作支持了我们可以解决这个问题的想法。这些基因做不同的事情，运转不同的齿轮，但是我们的发现最终指向了ASD病理学的一个关键联系，并揭示了一个以前隐藏的生物联系，这些联系将高度不同的基因组联系起来。”
