Новый взгляд на шишковидную железу

Когда у рыбок данио отсутствует определённый белок, два полушария мозга развиваются симметрично, а гормон сна мелатонин не вырабатывается. Эти результаты недавно опубликовали биологи из Фрайбурга Тереза Шредельзекер и профессор Вольфганг Дривер в журнале Development. Их исследование шишковидной железы выявило генетическую связь между лево-правой асимметрией и суточными циклами.

Шишковидная железа — это небольшая структура, которая у человека находится глубоко в мозге, а у данио расположена прямо под черепом. Однако её основная функция — ночное высвобождение мелатонина — консервативна у рыб и людей. Если человеческая железа обнаруживает дневной свет через глаза, то железа рыбы чувствует свет напрямую.

Используя сложные генетические инструменты, исследователи создали рыбок данио, которые больше не могут производить белок Brain-specific homeobox (Bsx). У рыб, лишённых этого белка, светочувствительные клетки шишковидной железы не развивались нормально и не производили мелатонин. Более ранние исследования показали, что дефицит мелатонина у данио нарушает циклы сна-бодрствования. Таким образом, рыбы демонстрировали симптомы, схожие с теми, что испытывают люди в результате работы в ночную смену или чрезмерного использования смартфонов ночью.

Отсутствие Bsx имеет и другие интригующие последствия для мозга. На второй день эмбрионального развития небольшая группа клеток обычно мигрирует от шишковидной железы почти всегда в левую часть мозга. Эти клетки заставляют окружающую ткань развивать характеристики левой половины мозга. Когда Bsx отсутствует, эти клетки не формируются, и мозг развивает две «правые» половины.

Хотя это исследование сосредоточено на эмбриональном развитии, оно также открывает новые возможности для поведенческих исследований. Например, недавно американская исследовательская группа обнаружила, что рыбы с симметричным мозгом демонстрируют поведенческие аномалии, которые были интерпретированы как повышенная тревожность.

В последние десятилетия четырёхсантиметровая рыбка данио стала одним из самых популярных модельных организмов для генетических исследований. Она быстро размножается и развивается: самки откладывают до 300 икринок в неделю, каждая из которых может достичь зрелости за 12–16 недель. Прозрачность эмбрионов позволяет напрямую наблюдать клетки в развивающемся эмбрионе даже на ранних личиночных стадиях. Как позвоночное, она обладает многими генами, которые имеют ту же или схожую функцию у человека.