Гаплонедостаточность CACNA1A приводит к снижению синаптической функции и повышению внутренней возбудимости

Гаплонедостаточность CACNA1A, кодирующего порообразующую α1-субъединицу потенциалзависимых кальциевых каналов P/Q-типа, связана с клинически вариабельным фенотипом — от мозжечковой атаксии до расстройств нейроразвития, сопровождающихся эпилепсией и интеллектуальной недостаточностью. Чтобы изучить патофизиологические механизмы вариантов CACNA1A с утратой функции, мы охарактеризовали модель гаплонедостаточности CACNA1A на основе клеток человека: изогенные линии индуцированных плюрипотентных стволовых клеток дифференцировали в глутаматергические нейроны и исследовали влияние гаплонедостаточности CACNA1A на зрелые нейронные сети с использованием электрофизиологии, анализа экспрессии генов и компьютерного моделирования. В сетях CACNA1A+/- выявлено нарушение синхронизации активности наряду с синаптическими дефектами, прежде всего выраженным увеличением вклада АМРА-рецепторов, лишённых субъединицы GluA2. Примечательно, что эти синаптические нарушения сочетались с повышенной активностью, не обусловленной синаптической передачей, что было показано при блокаде NMDA- и АМРА-рецепторов на мультиэлектродных матрицах. Электрофизиологическое исследование отдельных клеток и анализ экспрессии генов подтвердили повышение внутренней возбудимости, обусловленное снижением функции и экспрессии калиевых каналов. Кроме того, 4-аминопиридин, применяемый для лечения эпизодической атаксии типа 2, частично уменьшал выраженность фенотипа сетей CACNA1A+/-. Положительная модуляция кальций-активируемых калиевых каналов малой проводимости могла нормализовать электрофизиологический фенотип сетей CACNA1A+/-. Таким образом, в настоящем исследовании впервые охарактеризована нейрональная модель гаплонедостаточности CACNA1A на основе индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека и получены новые данные о механизмах заболевания. Помимо синаптических дефектов, эта нейрональная модель демонстрировала повышение внутренней возбудимости, опосредованное снижением функции калиевых каналов, что подчёркивает её потенциал как платформы для поиска терапевтических подходов с прогностической валидностью.