הנוכחות המשתנה של שברים זעירים של גנים עצביים, הנקראים מיקרואקסונים, גורמת לעוררות יתר בדג הזברה. זו המסקנה העיקרית של מחקר בינלאומי בראשות אוניברסיטת פומפאו פברה (UPF) והמרכז לרגולציה גנומית (CRG). דפוס חריג של נוכחות מיקרואקסון עצבי מוביל למצב עוררות יתר המאופיין בפעילות עצבית מוגברת ובנדודי שינה, הקשורים בדרך כלל ללחץ, אך גם בהפרעות נוירו-התפתחותיות. ויסות עוררות נשמר מאוד באבולוציה. לכן, ממצא זה יכול לעזור להבין את המנגנון העומד בבסיס חלק מהפרעות נוירו-התפתחותיות אנושיות, כגון אוטיזם וסכיזופרניה, מצבים הקשורים למוטציות מיקרואקסון.
כדי לשרוד, בעלי חיים צריכים להיות מוכנים להגיב לגירויים חיצוניים ופנימיים. הפעלה זו של מערכת העצבים המרכזית, עוררות, נשמרת מאוד בכל ממלכת החיות. ויסות נכון של עוררות מבטיח שתגובות עצביות ובכך התנהגותיות ישמרו על איזון בין ישנוניות או היענות מופחתת לבין נדודי שינה ורגישות יתר חושית. שני מצבים הקשורים ללחץ והפרעות נוירו-התפתחותיות.
כדי לווסת כראוי את העוררות במהלך ההתפתחות והבגרות, אורגניזמים דורשים מגוון רחב של חלבונים מגוונים המושגים באמצעות שחבור חלופי. זהו תהליך שיכול לייצר שני חלבונים נפרדים מבחינה תפקודית עם רצף חומצות אמינו דומה אך לא זהה, בתגובה לנוכחות או היעדר של מיקרואקסון אחד או יותר.
המחקר שפורסם ב התקדמות המדע מראה שבדג הזברה, שינוי בנוכחות מיקרואקסונים עצביים מוביל למצב של עוררות יתר. לזחלי דגים לא תקינים יש דפוס שחייה שונה ושינה מופחתת. "הם ישנים בתדירות נמוכה יותר, לפרקים קצרים יותר ולוקח יותר זמן להירדם" מסבירה טהני מקנסן, המחברת הראשונה של המחקר. מי מוסיף, "מרתק לראות איך, על ידי ניתוח התנועה של הזחלים השקופים האלה, אתה יכול להיזכר במצבים פנימיים של דגים."
בנוסף לשינויים ההתנהגותיים, חוקרים גילו שחבור שגוי משנה את רמות ה-cAMP – אות המיוצר בתוך תאים המווסת את הפעילות הנוירונית – מה שהופך אותם למרגשים יותר או פחות. "דגים לא נורמליים מתרגשים באופן קבוע", מבהיר מקנסן. יש להם פעילות מוגברת במוח הקדמי ואיתות CAMP מוגבר, האחראי להיפראקטיביות במהלך היום. עם זאת, ניתן לנרמל היפראקטיביות זו על ידי מניפולציה פרמקולוגית של cAMP.
על פי המחקר, הפחתת cAMP עם מעכב כימי מורידה את פעילות הדגים שעבר מוטציה לרמה נורמלית, בעוד ששמירה על רמות גבוהות של cAMP בדגים רגילים המשתמשים בתרופות – או על ידי גרימת סינתזה או הפחתת הפירוק שלו – מחקה התנהגות מעוררת מאוד, מה שמאשר ש-cAMP הוא המפתח להתנהגות עוררות. או במילותיו של המדען, 'בנוירונים, cAMP פועל כתרמוסטט לפעילותו'.
לימוד בדג זברה עם זווית אנושית
קבוצת השינויים ההתנהגותיים והנוירונים שנצפו אצל דג זברה לא נורמלי דווחה גם בזבובים במחקר קודם של אותה קבוצה. "אנחנו כן יודעים שהשינוי במיקרו-אקסונים האלה גורם לחוסר שינה אצל דגים וזבובים", מסביר מנואל אירמיה, שהוביל את המחקר. ומוסיף, "סביר להניח שהמנגנון הזה יישמר ביונקים, כולל בני אדם, אבל אולי לא בדיוק באותו אופן".
בבני אדם, הפרעות שינה ורגישות יתר חושית שכיחות בהפרעות נוירולוגיות כמו אוטיזם וסכיזופרניה, שתי הפרעות שמדווחות שיש להן שינוי בוויסות המיקרואקסון.
למרות שאיננו גורם למחלה, אנו יודעים ששינויים בייצור החלבון יכולים לתרום לתסמיני ההפרעה, במובן זה, סביר לחקור האם הטיפול לשחזור מצב העוררות בדגים גם מתקן או מקל על התסמינים במינים אחרים".
מנואל אירמיה, מנהיג מעבדת ה- Transcriptomics of Development and Evolution ב-UPF ו-CRG
מסלול עוררות מווסת cAMP מעורב גם בחרדה ודיכאון. לכן מקנסן סבור שכדאי להמשיך ולחקור כי "זה יכול להיות רק קצה הקרחון".
