Синдром беспокойных ног смоделировали на рыбках данио

Синдром беспокойных ног — это сенсомоторное расстройство, характеризующееся неприятным и непреодолимым желанием двигаться (в основном двигать ногами), которое может значительно нарушать сон и качество жизни. Есть предположения о значительном вкладе в патогенез генетических факторов, и работы по полногеномному поиску ассоциаций (GWAS) выявили несколько локусов риска. В список генов-кандидатов входят MEIS1, BTBD9, MAP2K5, SKOR1, PTPRD и TOX, однако их роль в развитии синдрома была неясна. Авторы статьи в Current Biology показали на рыбках данио-рерио, что один из этих генов влияет на активность мозжечка, а следовательно, на двигательные паттерны. 

Ученые получили данио-рерио с нокаутом того или иного гена-кандидата и проанализировали спонтанные плавательные движения на 5–7 дни после оплодотворения. Мутанты map2k5 погибали к шестому дню, а у рыбок с нокаутом meis1a, btbd9, ptprda, ptprdb или tox3 практически не наблюдалось изменений в поведении. А вот у рыбок с мутацией meis1b структура двигательной активности значительно менялась — периоды плавательных движений стали дольше, и рыбки меньше находились в покое. 

Чтобы оценить, как утрата meis1b влияет на активность и морфологию головного мозга, авторы картировали в тканях фосфорилированную внеклеточную киназу ERK — маркер активности нейронов. Они обнаружили сильно отклоняющиеся от нормы паттерны распределения фосфорилированной ERK в мозжечке; кроме того, аномалии наблюдались в структуре мозжечка. 

Основные нейронные контуры мозжечка консервативны — как у млекопитающих, так и у рыб клетки Пуркинье получают сигналы через параллельные волокна гранулярных клеток и лазающие волокна нижней оливы. В свою очередь, клетки Пуркинье посылают тормозные проекции к глубоким ядрам (у рыб их функцию выполняют эвридендроидные клетки), которые передают сигнал в остальную часть мозга. Чтобы визуализировать распределение meis1b в ходе развития мозжечка, авторы провели иммуноокрашивание на 3-й день после оплодотворения. Meis1b экспрессировался в предшественниках клеток Пуркинье и гранулярных клеток. Ученые подтвердили это с помощью секвенирования РНК единичных клеток.

Анализ гистологических маркеров показал, что у всех рыбок с мутацией meis1b отсутствовала субпопуляция клеток Пуркинье, экспрессирующих парвальбумин, в передней части мозжечка. Кроме того, соотношение субпопуляций гранулярных клеток значительно отличалось от контроля. 

Исследователи предположили, что в основе поведенческого нарушения у рыбок с нокаутом meis1b лежит аномальная активность мозжечка — утрата клеток Пуркинье может растормаживать эвридендроидные клетки и приводить к гиперактивности. Для проверки этой гипотезы авторы подавили активность клеток Пуркинье у рыбок дикого типа с помощью экспрессии модифицированного ботулотоксина. Это привело к аналогичному нарушению — как и при нокауте meis1b, длительность периодов плавательных движений увеличилась.  

Также авторы проверили, может ли прямое подавление работы эвридендроидных клеток смягчить двигательную гиперактивность, вызванную дисфункцией клеток Пуркинье. Они экспрессировали тот же модифицированный ботулотоксин в эвридендроидных клетках, и это нормализовало поведение рыбок с подавленной активностью клеток Пуркинье.

Полученные результаты демонстрируют, что утрата клеток Пуркинье при нокауте meis1b приводит к растормаживанию эвридендроидных клеток и, как следствие, к нарушению паттернов двигательной активности.

Клетки Пуркинье мозжечка управляют тонкой моторикой языка у игрунок