Исследователи из Университета Помпеу Фабра (Pompeu Fabra University) и Центра геномной регуляции (Centre for Genomic Regulation) обнаружили, что нарушение работы так называемых микроэкзонов — очень коротких участков генов, влияющих на состав белков нервных клеток, — приводит к состоянию повышенной возбудимости у рыбок данио-рерио. Работа опубликована в Science Advances.
У животных с измененным набором микроэкзонов наблюдались нарушения сна и повышенная активность нервной системы. По мнению авторов, полученные результаты могут помочь лучше понять механизмы, лежащие в основе некоторых нарушений нервного развития у человека, включая аутизм и шизофрению.
Почему важна регуляция бодрствования
Для выживания животным необходимо быстро реагировать на сигналы окружающей среды. За это отвечает состояние активации центральной нервной системы, известное как уровень бодрствования. В норме этот механизм поддерживает баланс между сонливостью и чрезмерной чувствительностью к раздражителям.
Поддержание такого равновесия зависит от альтернативного сплайсинга — процесса, при котором один и тот же ген может давать несколько вариантов белков. Важную роль в этом играют микроэкзоны — короткие участки генетической последовательности, включение или исключение которых изменяет свойства белка.
Рыбки спали меньше и дольше не могли заснуть
В новом исследовании ученые показали, что нарушение включения нейрональных микроэкзонов у личинок данио-рерио приводило к выраженной гипервозбудимости.
По словам Тани Маккенсен (Tahnee Mackensen), животные засыпали реже, спали более короткими периодами и тратили больше времени на засыпание. Изменился и характер их плавания, что позволило исследователям судить о внутренних состояниях организма по поведению прозрачных личинок.
Ключевую роль сыграла сигнальная молекула цАМФ
Авторы выяснили, что нарушения сплайсинга изменяли концентрацию циклического аденозинмонофосфата (цАМФ) — внутриклеточной сигнальной молекулы, регулирующей активность нейронов. У мутантных рыбок был повышен уровень цАМФ и усилена активность переднего мозга.
Как объясняет Тани Маккенсен (Tahnee Mackensen), нервные клетки таких животных находились в состоянии постоянного перевозбуждения.
Ученые смогли снизить активность мутантных рыбок до нормального уровня с помощью химического ингибитора, уменьшающего содержание цАМФ. Напротив, искусственное повышение концентрации цАМФ у здоровых животных вызывало поведение, характерное для гипервозбуждения.
Исследователи сравнивают роль цАМФ с термостатом, который регулирует активность нейронов.
Механизм может быть общим для разных видов
Ранее эта же группа обнаружила сходные нарушения сна у плодовых мушек. Руководитель исследования Мануэль Иримиа (Manuel Irimia) отметил, что механизм, вероятно, сохранялся в ходе эволюции и может существовать у млекопитающих, включая человека, хотя его конкретные особенности могут различаться.
Нарушения сна и повышенная чувствительность к внешним раздражителям часто встречаются при расстройствах аутистического спектра и шизофрении. Известно, что при этих состояниях также могут наблюдаться изменения регуляции микроэкзонов.
По словам Мануэля Иримиа (Manuel Irimia), сами изменения микроэкзонов, вероятно, не являются непосредственной причиной заболевания, однако способны влиять на выраженность отдельных симптомов. Поэтому в будущем ученые планируют проверить, смогут ли методы, нормализующие уровень бодрствования у рыбок, оказывать аналогичный эффект у других видов.
Подробнее о причинах и последствиях нарушений сна можно прочитать в статье «Бессонница: причины, симптомы и современные методы лечения».
Возможная связь с тревогой и депрессией
Сигнальный путь циклический аденозинмонофосфат (цАМФ) — протеинкиназа А (Protein Kinase A, PKA) — белок, связывающийся с элементом ответа на цАМФ (cAMP response element-binding protein, CREB), участвует не только в регуляции бодрствования, но также связан с тревожными и депрессивными состояниями. Поэтому, по мнению Тани Маккенсен (Tahnee Mackensen), полученные результаты могут оказаться лишь началом более масштабных исследований.
Литература
Mackensen T., et al. Neuronal microexons modulate arousal via the cAMP-PKA-CREB pathway in zebrafish // Science Advances. 2026. DOI: 10.1126/sciadv.ady8291.
Universitat Pompeu Fabra – Barcelona. Research news release. 2026.