Svarbiausias vaidmuo – nervinėms ląstelėms
Su tuo susijęs genas yra užuomina, kaip nugaros smegenys leidžia vaikščioti, šokinėti ir net stovėti ant priekinių letenų – šis atradimas sutampa su kitais pastarąjį dešimtmetį atliktais pelės ir arklio tyrimais. Kartu šie tyrimai leidžia susidaryti vaizdą, kuris gali padėti paaiškinti, kaip juda visi stuburiniai gyvūnai, įskaitant ir žmones.
Pasak Londono universitetinio koledžo neurologės Stephanie Koch, kuri nedalyvavo nė viename iš tyrimų, bet yra pastebėjusi panašias keistas pelių eisenas, šis darbas galėtų padėti mokslininkams gydyti žmonių motorikos sutrikimus, pavyzdžiui, Charcot-Marie-Tooth – nervų sistemos ligą, kuriai būdingas raumenų silpnumas. Tyrimo rezultatai yra „ir stebinantys, ir jaudinantys“.
Eisena yra sudėtingas dalykas. Kairioji, dešinioji, priekinė ir užpakalinė galūnės turi judėti tinkamu laiku. Raumenys turi susitraukti tik tiek, kiek reikia, kad kojos būtų tinkamai sulenktos, ištiesintos, pakeltos ir pasuktos. Be to, kūnas turi gebėti akimirksniu pereiti nuo ėjimo prie bėgimo arba nuo ėjimo į priekį prie ėjimo į šoną, jei pojūčiai praneša apie pavojų ar kliūtį.
Daugumą šių sprendimų priima ne galvos smegenys, o nervinių ląstelių rinkinys nugaros smegenyse, vadinamas centriniu modelių generatoriumi. Tačiau, pasak Makso Planko neurobiologijos instituto neurobiologės Sonios Paixão, buvo neaišku kaip.
Mokslininkai žino, kad svarbiausią vaidmenį atlieka nervinės ląstelės, vadinamos interneuronais, kurie perduoda jutiminę informaciją iš likusios kūno dalies į raumenis valdančius motorinius neuronus. Kelios grupės dirbo siekdamos apibrėžti interneuronų klases, dažnai suskirstytas pagal tai, kokie genai juose yra aktyvūs. Tuomet teks atlikti sunkų darbą – išsiaiškinti, ką tie neuronai veikia. „Tikslią atitinkamų interneuronų prigimtį ir funkciją sunku nustatyti“, – sako Karolinskos instituto (KI) neurologas Abdelis El Manira.
Vieno geno mutacija
Štai čia ir atsiranda sauteur, arba šoklusis triušis. Genetikai Leifas Andersonas iš Upsalos universiteto (UU) ir Migelis Carneiro iš Porto universiteto, 2014 m. atlikę triušio genomo sekvenavimą, nusprendė pabandyti atsekti DNR, slypinčią už keistos gyvūno eisenos.
Jie sukryžmino šuoliuojančius triušius su kitos veislės triušiais ir sukūrė pirmos ir antros kartos gyvūnus, turinčius įprastą eiseną arba galinčius stovėti ant priekinių letenų. Tada mokslininkai palygino sergančių ir nesergančių triušių DNR ir nustatė vieną mutaciją gene, vadinamame RORB. Bendradarbiaudami su UU raidos biologu Klasu Kullanderiu, jie nustatė, kur ir kada šis genas buvo aktyvus.
Ši mutacija lemia, kad tam tikroje interneuronų grupėje susidaro pakitusios RORB baltymo versijos, o kartais jo visai nebelieka, – apie tai tyrimo komanda pranešė žurnale „PLOS Genetics“. Šis baltymas yra transkripcijos veiksnys, t. y. jis kontroliuoja daugelio kitų genų veiklą.
Vystymosi tyrimai parodė, kad dėl dviejų defektinių RORB genų šių interneuronų visiškai trūksta, o triušių, turinčių vieną kopiją, jų yra 25 proc. mažiau. Šie interneuronai yra slopinamieji – jie neleidžia nervinėms ląstelėms įsijungti, o kai jų trūksta, triušiai per daug įtempia tam tikrus raumenis, todėl užpakalines kojas pakelia daugiau, nei turėtų.
„Mane sužavėjo tai, kad autoriams pavyko nustatyti vieno geno mutaciją“, – sako Niujorko universiteto neurologas Džeremis Dasenas. Kadangi judėjimas yra toks sudėtingas elgesys, jis tikėjosi, kad su juo bus susiję keli genai ir kelios interneuronų klasės. Tačiau šis straipsnis įrodo, kad, kaip ir moduliniai namai, kurių atskiros dalys sujungiamos į vieną būstą, judėjimas pasiekiamas bendromis atskirų interneuronų klasių pastangomis.
Pasitaiko ir pas kitus gyvūnus
Atrodo, kad RORB taip pat kontroliuoja pelių užpakalinių galūnių koordinaciją – graužikai, kuriems trūksta veikiančio RORB geno, laksto kaip antys. Todėl, sako KI neurologas Stenas Grillneris, RORB svarba greičiausiai taikoma visiems gyvūnams, įskaitant žmones. Žmonės, sergantys Šarko-Mari-Tuto liga, taip pat turi netipinių RORB baltymų.
RORB yra antrasis genas, kurį L. Andersono komanda nustatė kaip svarbų eisenai. 2012 m. jis su kolegomis susiejo baltymo DMRT3, padedančio tyrėjams nustatyti interneuronų poaibį, mutaciją su neįprasta vaikščiojimo eisena, vadinama toelt. Islandijos arklių, kuriems būdingas toelt, užpakalinės galūnės išlaiko didesnį svorį nei priekinės, todėl eisena tampa sklandesnė.
L. Anderssono komanda patvirtino baltymo vaidmenį, atlikusi tą pačią mutaciją pelėms. Veisėjai atrinko šią arklių mutaciją, nes dėl pakitusios eisenos arklys juda labai sklandžiai. Kai kurie šią mutaciją turintys arkliai taip pat gali klusniai žingsniuoti dideliu greičiu, todėl jie puikiai tinka žirgų lenktynėms. Mokslininkai praneša, kad tarp šios interneuronų grupės ir RORB defekto yra ryšys. Mutaciją turinčių triušių organizme yra daug daugiau DMRT3 interneuronų. Tyrėjai dar nežino, kodėl.
S. Paixao sako, kad suprasti, kaip sąveikauja visi nervų sistemos komponentai, yra iššūkis. Tokie pasiekimai, kaip šis straipsnis triušius, rodo pažangą, kuri įmanoma derinant vystymosi, genetinius ir elgesio tyrimus. „Dabar yra lemiamas metas šiems tikslams pasiekti. Labai įdomu stebėti, kaip visos motorinės kontrolės dalys jungiasi į vieną visumą“, – priduria ji.