ما هي تأثيرات بروتين Otp على السلوك الاجتماعي والقلق في نموذج الزرد؟ اكتشف العلماء أنه عندما يكون هناك نسخة واحدة فقط من الجينين المسؤولين عن إنتاج البروتين في الأسماك، تحدث تغيرات في سلوكها الاجتماعي وردود فعل القلق. وأظهر الباحثون أن Otp يتحكم في تطور الخلايا العصبية المسؤولة عن إنتاج هرمون الأوكسيتوسين، وتعمل هذه بمثابة "مفتاح" يحافظ على التوازن بين الشعور بالتوتر والتواصل الاجتماعي.
الزرد حيوانات اجتماعية. سواء في الطبيعة أو في ظروف المختبر، يسبحون معًا في مجموعات. لكن في بعض الحالات تظهر تغيرات واضحة في الميل الطبيعي للأسماك لأن تكون اجتماعية للغاية. ما الذي يسبب هذا؟ ما هي آليات الدماغ الكامنة وراء هذه التغيرات السلوكية، وما علاقتها بالسلوك الاجتماعي لدى البشر؟ كانت هذه الأسئلة محور دراسة جديدة أجريت في مختبر البروفيسور جيل ليبكوفيتش، من قسم البيولوجيا الجزيئية للخلية. تتبع الدراسة تأثيرات بروتين Otp على الخلايا العصبية في أدمغة أسماك الزرد، وهي التأثيرات التي تترجم إلى أنماط السلوك الاجتماعي. وحدد الباحثون مجموعة جديدة من الخلايا العصبية التي تنتج هرمونين في الوقت نفسه، ومن الممكن أن يساعد عملها في الحفاظ على التوازن بين الشعور بالتوتر والتواصل الاجتماعي.
بروتين Otp هو عامل النسخ الذي يشارك في تطوير بعض الخلايا العصبية في منطقة ما تحت المهاد في الدماغ. يعد هذا البروتين ضروريًا لبقاء الثدييات على قيد الحياة، وبالتالي فإن أولئك الذين يفتقرون إلى الجين المشفر Otp لا يعيشون بعد الولادة. على عكس الثدييات، يحمل سمك الزرد جينين منفصلين، مسؤولين عن إنتاج بروتينين متطابقين تقريبًا، Otpa وOtpb. وهذا يعني أن أي طفرة في أي من هذه الجينات ليس لها سوى تأثير بسيط على تطور الأسماك، وأنها تبقى على قيد الحياة حتى مرحلة البلوغ. خلقت هذه الظاهرة لمجموعة البحث بقيادة البروفيسور ليبكوفيتش فرصة فريدة لدراسة التأثيرات الفسيولوجية التي يحدثها بروتين Otp على الحيوان البالغ، في مجال السلوك الاجتماعي والقلق. واكتشفوا أنه على الرغم من أن تأثيرات البروتين تبدو بسيطة، إلا أنه يتحكم في الأنظمة التي ترتبط عيوبها باضطرابات النمو العصبي مثل التوحد.
قادت البحث الطالبة البحثية إيناف فيرتزر، وشاركت فيه الدكتورة زانا بالشمان والدكتورة ناتاليا بورودوفسكي - وجميعهم من المجموعة البحثية للبروفيسور ليبكوفيتش. المشاركون الآخرون هم الدكتور مايكل تسوري من دائرة الموارد البيطرية؛ والبروفيسور روي أوليفيرا من معهد ISPA الجامعي ومعهد غولبنكيان في لشبونة، البرتغال؛ وباحثة ما بعد الدكتوراه، الدكتورة ريتا نونيز، التي عادت مؤخرًا إلى البرتغال ولكنها تواصل التعاون مع مختبر البروفيسور ليبكوفيتش.
وكشفت نتائج البحث أنه عندما تكون جميع نسخ جينات Otp مفقودة، فإن سمك الزرد لا يبقى على قيد الحياة. ولكن حتى عندما تكون نسخة واحدة فقط مفقودة، فإن ذلك له تأثير على السلوك الاجتماعي للأسماك، وعلى استجابتها للقلق. يوضح البروفيسور ليبكوفيتش: "إن الأسماك، التي عادة ما تكون مخلوقات اجتماعية، تظهر فجأة سلوكًا اجتماعيًا أقل، كما أن استجابتها للقلق ليست طبيعية أيضًا". "سوف تسبح السمكة العادية باتجاه "المنطقة الاجتماعية"، أي في اتجاه السباحة في حوض السمك المجاور. لكن السمكة المتحولة، التي تفتقر إلى أحد جينات Otp، أقل ميلاً بكثير للسباحة بالقرب من المنطقة الاجتماعية". ويختلف كلا النوعين من الأسماك أيضًا في استجابتهما للبيئة الأجنبية. في حين أن الأسماك ذات نسخ Otp العادية سوف تسبح أولاً حول مركز الحوض، وعندما تتكيف مع بيئتها ستبدأ في التحرك نحو الجوانب، فإن الأسماك المتحولة لا تظهر أي سلوك "قلق" عادي.
وأظهر الباحثون أن Otp يتحكم في تطور الخلايا العصبية المسؤولة عن إنتاج هرمون الأوكسيتوسين. ويشارك هذا الهرمون في خلق العلاقات الاجتماعية والثقة، وكذلك في السلوك الجنسي. يقول البروفيسور ليبكوفيتش: "يطلق على الأوكسيتوسين في كثير من الأحيان اسم "هرمون الحب"، بسبب آثاره الاجتماعية، لكن هذا الاسم لا يعكس نشاطه الواسع". "الأوكسيتوسين له أدوار مختلفة في الجسم، بما في ذلك خفض مستوى التوتر، وتنظيم الشهية والتمثيل الغذائي."
وحدد العلماء مجموعة غير معروفة من الخلايا في منطقة ما تحت المهاد، والتي تنتج مستويات غير طبيعية من الأوكسيتوسين في الأسماك التي تحمل طفرة في الجين الذي يشفر بروتين Otpa. عندما استخدموا الليزر، الذي يهدف بأقصى قدر من الدقة إلى تدمير هذه الخلايا فقط (وهو أمر ممكن بسبب الجلد الشفاف لأجنة الأسماك)، ظهر سلوك أقل اجتماعية في هذه الأسماك. "هكذا فهمنا ما هو دور الخلايا العصبية، وأيضا أن وجود نسخة واحدة فقط من الجين يضعف عمل الأسماك"، يوضح البروفيسور ليبكوفيتش.
واكتشف لاحقًا أن هذه الخلايا لا تشارك فقط في إنتاج الأوكسيتوسين، ولكن أيضًا في إنتاج هرمون آخر، وهو CRH، الذي يرتبط، من بين أمور أخرى، باستجابة الجسم للقلق والتوتر. ويوضح البروفيسور ليبكوفيتش أن هذه الخلايا العصبية، التي تتحكم في إنتاج الهرمونين، يمكن أن تكون "المفتاح" الذي يتنقل بين الحالة "الاجتماعية" وحالة "القلق". يقول البروفيسور ليبكوفيتش: "الاحتمال الآخر هو أن الخلايا العصبية قادرة على إنتاج عدة مستويات هرمونية مختلفة في نفس الوقت، ونشاطها النسبي هو الذي ينظم كلتا الحالتين".
في الخطوة التالية، طور ويرزر طريقة وراثية لتسمية الخلايا العصبية الفردية ببروتين أحمر متألق، على خلفية جميع الخلايا العصبية الموجودة في دماغ السمكة. تسمح هذه الطريقة بتتبع كل خلية من الخلايا المكتشفة - الخلايا الموجودة في شبكة كثيفة من امتدادات الخلايا العصبية التي تنتج الأوكسيتوسين (التي تحمل بروتين الفلورسنت الأخضر). بعد تكرار التجربة مع عدة عشرات من الخلايا العصبية، تم الحصول على سلسلة من الصور، في كل منها توجد خلية عصبية واحدة، مطلية باللون الأحمر، داخل شبكة خضراء من الخلايا. وهكذا اتضح أن الخلايا المكتشفة في منطقة ما تحت المهاد لها بنية من الامتدادات المتفرعة (الأشجار الجذعية)، والتي ترسل امتدادًا واحدًا طويلًا (محورًا عصبيًا) إلى جذع الدماغ والحبل الشوكي. يقول البروفيسور ليبكوفيتش إن هذا الهيكل نموذجي للخلايا العصبية التي تتلقى المعلومات الحسية وتحولها إلى إشارة تنتقل إلى الجسم. امتدت بعض المحاور العصبية إلى نهايات أشواك الأسماك، مما يشير إلى إمكانية ترجمة المعلومات الحسية إلى الدافع الذي يتم التعبير عنه في السباحة.
يقول البروفيسور ليبكوفيتش: "إن البنية التشريحية والتركيب الجيني للخلايا العصبية التي تنتج الأوكسيتوسين في الأسماك تشبه إلى حد كبير تلك الموجودة في البشر". "إن حقيقة بقاء هذا النظام في تكوين مماثل لملايين السنين، وفي آلاف الأنواع، دليل على أهميته التطورية. على الأرجح، يمتلك البشر نفس الخلايا العصبية التي تعمل بمثابة "مفاتيح" في الأسماك. لكن في الدماغ البشري، وخاصة في منطقة ما تحت المهاد، التي تتحكم في العديد من الوظائف، سيكون من الصعب تحديد موقعها وفحص طريقة عملها. في أسماك الزرد، بدأنا نفهم كيف يشارك بروتين Otp في أدوار التواصل الاجتماعي والقلق. وهذا الاكتشاف يمكن أن يساعدنا على فهم كيفية تطور أمراض النمو العصبي، وكيف تسبب مشاكل سلوكية في مرحلة البلوغ".
#أرقام_علمية
تحتوي أجنة سمك الزرد على 30-40 خلية عصبية تنتج الأوكسيتوسين، مقارنة بعدة آلاف في الثدييات.
