New approaches to studying early brain development in Down syndrome. (17th May 2019)

• Record Type: Journal Article
• Authors: Baburamani, Ana A; Patkee, Prachi A; Arichi, Tomoki; Rutherford, Mary A
• Is Part Of: Developmental medicine & child neurology. Volume 61:Number 8(2019)
• Page Start: 867
• Page End: 879
• Publication Date: 2019-05-17
• Subjects: Child development -- Periodicals; Pediatric neurology -- Periodicals; 616.8
• DOI: 10.1111/dmcn.14260
• Languages: English
• ISSNs: 0012-1622

Abstract

Abstract : Down syndrome is the most common genetic developmental disorder in humans and is caused by partial or complete triplication of human chromosome 21 (trisomy 21). It is a complex condition which results in multiple lifelong health problems, including varying degrees of intellectual disability and delays in speech, memory, and learning. As both length and quality of life are improving for individuals with Down syndrome, attention is now being directed to understanding and potentially treating the associated cognitive difficulties and their underlying biological substrates. These have included imaging and postmortem studies which have identified decreased regional brain volumes and histological anomalies that accompany early onset dementia. In addition, advances in genome‐wide analysis and Down syndrome mouse models are providing valuable insight into potential targets for intervention that could improve neurogenesis and long‐term cognition. As little is known about early brain development in human Down syndrome, we review recent advances in magnetic resonance imaging that allow non‐invasive visualization of brain macro‐ and microstructure, even in utero. It is hoped that together these advances may enable Down syndrome to become one of the first genetic disorders to be targeted by antenatal treatments designed to 'normalize' brain development. What this paper adds: Magnetic resonance imaging can provide non‐invasive characterization of early brain development in Down syndrome. Down syndrome mouse models enable study of underlying pathology and potential intervention strategies. Potential therapies could modify brain structure and improve early cognitive levels. Down syndrome may be the first genetic disorder to have targeted therapies which alter antenatal brain development. What this paper adds: Magnetic resonance imaging can provide non‐invasive characterization of early brain development in Down syndrome. Down syndrome mouse models enable study of underlying pathology and potential intervention strategies. Potential therapies could modify brain structure and improve early cognitive levels. Down syndrome may be the first genetic disorder to have targeted therapies which alter antenatal brain development. This article's abstract has been translated into Spanish and Portuguese. Follow the links from the abstract to view the translations. Video Podcast: https://www.youtube.com/watch?v=x4x4iaP7ozk&feature=youtu.be Resumen: Nuevos enfoques para estudiar el desarrollo cerebral temprano en el síndrome de Down: El síndrome de Down es el trastorno del desarrollo genético más común en los seres humanos y es causado por la triplicación parcial o completa del cromosoma 21 (trisomía 21). Es una condición compleja que se traduce en múltiples problemas de salud a lo largo de toda la vida, incluidos diversos grados de discapacidad intelectual y retrasos en el habla, la memoria y el aprendizaje. Debido a que la duración y la calidad de vida están mejorando para las personas con síndrome de Down, ahora se está prestando atención a la comprensión y al tratamiento de las dificultades cognitivas asociadas y sus sustratos biológicos subyacentes. Estos estudios han incluido estudios de imagen y postmortem que han identificado volúmenes cerebrales regionales disminuidos y anomalías histológicas que acompañan a la demencia de inicio temprano. Además, los avances en el análisis del genoma completo y los modelos de ratones con síndrome de Down brindan información valiosa sobre los posibles objetivos de la intervención que podrían mejorar la neurogénesis y la cognición a largo plazo. Como se sabe poco sobre el desarrollo temprano del cerebro en el síndrome de Down humano, revisamos los avances recientes en imágenes de resonancia magnética que permiten la visualización no invasiva de la macro y microestructura cerebral, incluso en el útero. Se espera que, en conjunto, estos avances puedan permitir que el síndrome de Down se convierta en uno de los primeros trastornos genéticos a los que se aplican tratamientos prenatales diseñados para "encauzar" el desarrollo cerebral. Resumo: Novas abordagens para o estudo de desenvolvimento cerebral precoce na síndrome de Down: A síndrome de Down é a desordem desenvolvimental de origem genética mais comum em humanos. É causada por triplicação parcial ou completa do cromossomo 21 (trissomia do 21). Trata‐se de uma condição complexa que resulta em múltiplos problemas de saúde ao longo da vida, incluindo graus variados de deficiência intelectual, e atrasos na fala, memória e aprendizagem. Como tanto a duração quanto a qualidade de vida têm melhorado para indivíduos com síndrome de Down, agora a atenção se volta para compreender e potencialmente tratar dificuldades cognitivas associadas e seus substratos biológicos de base. Incluem‐se estudos de imagem e pós‐morte que identificaram menores volumes cerebrais e anomalias histológicas que acompanham a demência de início precoe. Além disso, avanços na análise do genoma em modelos de ratos com síndrome de Down fornecem informações valiosas sobre potenciais alvos para intervenção que podem melhorar a neurogênese e a cognição em longo prazo. Como pouco se sabe sobre o desenvolvimento cerebral precoce na síndrome de Down, nós revisamos avanços recentes em imagens por ressonância magnética que permitem visualização não‐invasiva da macro‐ e micro‐estrutura do cérebro, mesmo no útero. Espera‐se que, juntos, estes avanços possibilitem que a síndrome de Down se torne a primeira desorgem genética a ser alvo de tratamentos antenatais voltados para "normalizar" o desenvolvimento cerebral.