Drobné genetické fragmenty mohou řídit spánek mozku: Nový objev pomáhá pochopit autismus a schizofrenii

Vědci z Univerzity Pompeu Fabra (UPF) a Centra pro genomovou regulaci (CRG) v mezinárodní studii zjistili, že změněná přítomnost drobných fragmentů neuronálních genů, takzvaných mikroexonů, způsobuje u zebřiček stav hyperarousal, tedy zvýšené bdělosti.

Vědci z Univerzity Pompeu Fabra (UPF) a Centra pro genomovou regulaci (CRG) v mezinárodní studii zjistili, že změněná přítomnost drobných fragmentů neuronálních genů, takzvaných mikroexonů, způsobuje u zebřiček stav hyperarousal, tedy zvýšené bdělosti. Tento abnormální vzorec přítomnosti neuronálních mikroexonů vede k nadměrné nervové aktivitě a nespavosti, což jsou stavy běžně spojované se stresem, ale také s neurovývojovými poruchami.

Regulace bdělosti je evolučně vysoce konzervovaná napříč živočišnou říší. Správná regulace zajišťuje, že nervové a behaviorální reakce udržují rovnováhu mezi ospalostí či sníženou reaktivitou a nespavostí či senzorickou přecitlivělostí. Tyto dva extrémní stavy jsou spojovány se stresem a neurovývojovými poruchami, jako je autismus a schizofrenie, u nichž byly zaznamenány změny v regulaci mikroexonů. Organismy potřebují širokou škálu různých proteinů pro správnou regulaci bdělosti, což je dosaženo procesem alternativního sestřihu, který může produkovat funkčně odlišné proteiny v závislosti na přítomnosti nebo absenci mikroexonů.

Studie publikovaná v časopise Science Advances ukázala, že u zebřiček vede změna v přítomnosti neuronálních mikroexonů k hyperarousalu. Abnormální larvy ryb vykazovaly změněný plavecký vzorec a snížený spánek – spaly méně často, kratší dobu a déle jim trvalo usnout. Kromě behaviorálních změn vědci zjistili, že chybný sestřih mění hladiny cAMP, signálu produkovaného v buňkách, který reguluje neuronální aktivitu. To způsobuje, že neurony jsou více či méně excitabilní. Abnormální ryby byly trvale přebuzené, s vyšší aktivitou v předním mozku a zvýšenou signalizací cAMP, která je zodpovědná za denní hyperaktivitu.

Tuto hyperaktivitu však bylo možné normalizovat farmakologickou manipulací s cAMP. Snížení cAMP chemickým inhibitorem snížilo aktivitu mutovaných ryb na normální úroveň. Naopak udržování zvýšených hladin cAMP u normálních ryb pomocí léků napodobilo chování s vysokou bdělostí, což potvrdilo, že cAMP je klíčový pro řízení bdělosti. Vědci to přirovnávají k termostatu pro aktivitu neuronů. Jelikož jsou poruchy spánku a senzorická přecitlivělost časté u neurologických poruch jako autismus a schizofrenie, kde je hlášena změněná regulace mikroexonů, je pravděpodobné, že tento mechanismus je zachován i u savců, včetně lidí. Výzkumníci se proto zaměří na to, zda by léčba obnovující stav bdělosti u ryb mohla korigovat nebo zmírnit příznaky i u jiných druhů. Tato dráha regulovaná cAMP je také spojena s úzkostí a depresí, což naznačuje další potenciální oblasti pro budoucí výzkum.