Открытие, сделанное при изучении рыб, может помочь объяснить нарушения сна и сенсорную гиперчувствительность

Личинки, казалось, не могли найти покоя. Они спали меньше, дольше засыпали и чрезмерно реагировали на раздражители окружающей среды. Внимательно наблюдая за поведением этих маленьких прозрачных рыбок, международная группа исследователей обнаружила, что за этой гиперактивностью скрывалось нарушение в крошечных генетических фрагментах, называемых микроэкзонами — малоизвестных участках ДНК, которые помогают регулировать мозговую активность и присутствуют также у людей. «Работа была проведена под руководством учёных из Университета Помпеу Фабра и Центра геномной регуляции (CRG) в Барселоне и опубликована в научном журнале Science Advances. Её результаты описывают биологический механизм, сохранившийся на протяжении эволюции, который может помочь лучше понять расстройства у людей, связанные с проблемами сна и чрезмерной чувствительностью к раздражителям, в том числе аутизм и шизофрению». Главной автором исследования стала Тани Маккенсен, а руководил работой биолог Мануэль Иримия. В работе также приняли участие специалисты из учреждений Великобритании, Португалии, Франции и Швейцарии. Чтобы понять суть открытия, необходимо сначала объяснить, что такое микроэкзоны. Речь идет об чрезвычайно маленьких фрагментах, которые могут включаться или исключаться при синтезе белков клеткой. Этот процесс, известный как альтернативное сплайсинг, позволяет одному и тому же гену генерировать различные версии белка с несколько отличающимися функциями. «Исследователи изучали рыб-зебр, генетически модифицированных с целью изменения работы регулятора srrm3, отвечающего за координацию наличия нейрональных микроэкзонов. Результат оказался поразительным: у животных развилось стойкое состояние гиперактивации мозга. «По словам Маккенсена, модифицированные личинки «спят реже, в течение более коротких периодов и дольше засыпают». Кроме того, у животных наблюдались аномальные паттерны движения и повышенная чувствительность к внешним раздражителям. «Учёные установили, что проблема не ограничивалась поведением, но также заключалась в нарушении активности нейронов». «Аномальные рыбы находятся в состоянии постоянной перевозбуждённости», — пояснил Маккенсен. Анализы показали повышенную мозговую активность и повышенный уровень химической сигнализации в ключевых областях мозга животных. «Исследование также выявило конкретный молекулярный путь, лежащий в основе этого явления. Авторы заметили, что изменение микроэкзонов изменяет цепочку биологических сигналов, известную как путь cAMP-PKA-CREB, которая участвует в регуляции нейронной активности». Когда эта система гиперактивирована, нейроны становятся более возбудимыми, и организм пребывает в состоянии постоянной готовности. «Один из наиболее значимых результатов был получен, когда исследователи попытались обратить этот процесс вспять. Используя соединения, снижающие активность этого химического пути, им удалось нормализовать значительную часть гиперактивности, наблюдавшейся у рыб. Напротив, когда они искусственно стимулировали этот сигнал у здоровых животных, у них проявились некоторые из симптомов, обнаруженных у животных с нарушениями». «По мнению авторов, эти результаты позволяют выявить до сих пор малоизученную биологическую функцию нейрональных микроэкзонов». «Мы знаем, что нарушение функционирования этих микроэкзонов вызывает депривацию сна у рыб и мух», — отметил Иримия. Новая работа предоставляет доказательства, касающиеся молекулярного механизма, ответственного за это явление, а также того, как он влияет на регуляцию состояний бодрствования и отдыха. «Исследователи подчеркнули, что исследование проводилось на рыбках-зебрах — одной из наиболее широко используемых модельных систем в генетике и нейронауках, поэтому его результаты нельзя напрямую экстраполировать на людей. Тем не менее они считают, что это открытие заслуживает внимания, поскольку регуляция мозговой активности является механизмом, в значительной степени сохранившимся у разных видов. «Кроме того, в ходе предыдущих исследований уже были обнаружены изменения в нейронных микроэкзонах у людей с аутизмом и шизофренией». «Поэтому понимание того, как эти небольшие генетические фрагменты влияют на сон, восприимчивость к раздражителям и мозговую активность, может помочь лучше понять нейропсихиатрические расстройства».