9 Minute
În fiecare iarnă, soricelul comun (Sorex araneus) îndeplinește un spectacol biologic care pare desprins din science-fiction: își reduce volumul creierului cu aproximativ 30% pentru a economisi energie, apoi îl recuperează în primăvară. Cercetările genomice recente cartografiază căile evolutive și moleculare din spatele acestei micșorări reversibile a creierului — oferind indicii care ar putea influența studiile asupra neurodegenerării umane și asupra mecanismelor de protecție neuronală.
Ce este fenomenul Dehnel și de ce contează?
Micșorarea sezonieră și reîntregirea țesutului cerebral sunt cunoscute sub numele de fenomenul Dehnel, denumit după zoologul polonez August Dehnel, care a descris pentru prima dată acest tipar. Fenomenul este rar printre mamifere, dar nu este exclusiv soricelului: muștele de câmp europene (mole), nevăstuicile și anumite specii de hermine prezintă reduceri sezoniere similare ale dimensiunii creierului. Aceste specii împărtășesc trăsături ecologice și fiziologice — rate metabolice foarte mari și absența unei adevărate hibernări — care le pot obliga să adopte strategii extreme pentru a supraviețui perioadelor cu resurse alimentare limitate.
Din punct de vedere practic, reducerea volumului creierului și a corpului scade nevoia energetică zilnică, o adaptare esențială pentru animale cu metabolism intens. Totuși, micșorarea reversibilă ridică o dilemă biologică: cum pot aceste animale să piardă până la o treime din volumul creierului fără pierderi neuronale permanente sau prăbușiri cognitive? Răspunsul pare să implice modificări reversibile ale echilibrului apei, dinamici ale barierei hemato-encefalice și reglaje genetice stricte care păstrează integritatea celulelor în timp ce țesuturile se comprimă sau reexpandă.
Fenomenul Dehnel devine astfel un model natural pentru a înțelege plasticitatea creierului la adulți, toleranța la stres metabolic și strategiile biologice de protecție neuronală. Studiile comparative, ce includ analiza comportamentului, a fiziologiei și a genomurilor, permit identificarea elementelor comune între specii care au evoluat această capacitate — informații valoroase pentru neuroștiință, ecologie evolutivă și biologie comparativă.
Indicii genetici dintr-un genom complet al soricelului
Pentru a identifica genele responsabile de această plasticitate sezonieră, o echipă condusă de ecologul William Thomas (Stony Brook University) a asamblat un genom complet pentru soricelul comun și l-a comparat cu genomurile altor specii care manifestă fenomenul Dehnel. Proiectul se bazează pe lucrări anterioare care au profilat modificările sezoniere ale expresiei genice în diferite regiuni cerebrale, precum cortexul și hipocampul, pentru a construi o hartă funcțională a proceselor implicate.
Metodologic, combinația între secvențierea genomului complet (whole-genome sequencing), transcriptomică sezonieră (RNA-seq) și analize comparative permite detectarea atât a variantelor genetice conservate, cât și a programelor de expresie reglate temporal. Aceste abordări includ, de regulă, analize de diferențiere a expresiei (differential expression), studii de reglare epigenetică (metilom, markeri histonici) și, în unele cazuri, secvențiere la nivel de celulă unică (single-cell RNA-seq) pentru a identifica tipurile celulare implicate în remodelare.
Care gene ies în evidență?
- Genele asociate neurogenezei (crearea de țesut neural nou) au prezentat expresie crescută în mai multe specii cu modificări asemănătoare fenomenului Dehnel — ceea ce sugerează existența unui program genetic conservat pentru remodelarea reversibilă a creierului. Aceste gene includ factori de transcripție și markeri ai progenitorilor neuronali care pot facilita regenerarea sau rearanjarea circuitelor neuronale în perioadele de refacere.
- Genul VEGFA, cunoscut pentru rolul său în reglarea permeabilității barierei hemato-encefalice și în răspunsurile vasculare, a fost deosebit de activ în soricei. Modificările permeabilității barierei pot facilita detectarea schimbărilor locale în nutrienți și redistribuirea resurselor energetice pe măsură ce volumul cerebral se modifică.
- Gene implicate în repararea ADN-ului și în mecanisme asociate longevității au fost îmbogățite, ceea ce indică existența unor mecanisme protective care previn deteriorarea pe termen lung în timpul ciclurilor repetate de micșorare sezonieră. Aceste căi includ sisteme de reparare a erorilor celular-ADN și proteine cu rol în menținerea integrității genomice sub stres osmotic sau metabolic.
-
Au fost implicate și gene care reglează echilibrul apei și homeostazia osmotică, susținând descoperirea din 2025 conform căreia mare parte din reducerea volumului cerebral provine din pierdere reversibilă de apă, nu din moarte neuronală permanentă. Aceasta implică proteine transportoare de apă (cum ar fi aquaporinele) și căi metabolice care controlează osmolitii intracelulari.
În 2025, cercetătorii au descoperit că micșorarea sezonieră a creierului la soricel este cauzată de pierdere de apă, iar totuși celulele cerebrale supraviețuiesc.
Ce înseamnă toate acestea pentru sănătatea umană și cercetările viitoare
Descoperirea unui program genetic coordonat care permite micșorarea reversibilă a creierului fără neurodegenerare ridică perspective interesante pentru medicina umană. O interpretare prudentă rămâne necesară: mamiferele care manifestă fenomenul Dehnel au ecologii și fiziologii specifice care nu se transpun direct la oameni. Totuși, îmbogățirea genelor de reparare a ADN-ului și a celor implicate în homeostazia energetică sugerează biomarkeri posibili sau ținte terapeutice pentru afecțiuni caracterizate prin pierdere neuronală sau stres metabolic.
Oamenii de știință avertizează că tranziția de la descoperiri comparate la intervenții umane trebuie să urmeze etape riguroase: validare în modele animale tradiționale (șoareci, șobolani), studii funcționale ale genelor candidate, testare în condiții de stres metabolic și, mai apoi, investigații clinice. Totuși, identificarea unor căi de protecție — cum ar fi mecanismele care păstrează integritatea celulară în timpul variațiilor de volum — poate inspira strategii de conservare neuronală în boli neurodegenerative precum boala Alzheimer, boala Parkinson sau demențe vasculare.
Aurora Ruiz-Herrera, biolog celular la Universitatea Autonomă din Barcelona, subliniază că genele care controlează echilibrul energetic și bariera hemato-encefalică „indicăm posibili biomarkeri și ținte terapeutice pentru bolile neurodegenerative”, menționând în același timp că traducerea în terapii umane necesită validări atente. Comentariile experților indică necesitatea unor studii complementare: examinarea proteomică a țesuturilor cerebrale sezoniere, analize ale microgliei și astrocitelor pentru a înțelege răspunsul imunitar local, și evaluarea rolului vaselor sangvine în redistribuirea resurselor.
Din punct de vedere tehnic, combinarea secvențierii genomului complet cu datele de expresie sezoniere a permis trecerea de la simpla descriere la înțelegerea mecanismului: s-a relevat un sistem fin reglat care permite soricelului comun să micșoreze și să refacă țesutul cerebral de-a lungul anotimpurilor fără deteriorări de durată asociate în mod tipic cu neurodegenerarea. Această abordare integrativă — genom, transcriptom, fenotip și ecologie — creează o bază solidă pentru întrebări viitoare despre toleranța creierului la schimbări fiziologice extreme.
Următoarele etape științifice vor include experimente funcționale pentru genele candidate: editare genetică (CRISPR) în modele experimentale, teste de inhibare sau supraexpresie pentru a stabili cauzalitatea, și investigații asupra mecanismelor moleculare care permit conservarea densității sinaptice și menținerea circuitelor neuronale esențiale în contextul reducerii volumului. De asemenea, studiile imagistice (MRI funcțional și structural) aplicate la modele animale sezoniere pot monitoriza în timp real modificările volumetrice, perfuzia sangvină și fluxul limfatic cerebral.
Pe plan aplicativ, componente ale acestui program genetic ar putea inspira două direcții majore: dezvoltarea de biomarkeri pentru detectarea timpurie a vulnerabilităților neuronale și identificarea de ținte moleculare pentru terapii care să sporească reziliența neuronală sub stres metabolic. De exemplu, modularea controlată a permeabilității barierei hemato-encefalice sau reglarea transportului de apă și osmolitilor prin modularea aquaporinelor ar putea fi explorate ca strategii pentru a minimiza efectele acute ale ischemiei sau edemului, cu toate rezervele legate de siguranță.
În plus, principiile ecologiei evolutive pot ajuta la înțelegerea de ce astfel de programe au apărut la anumite linii evolutive și nu la altele. Compararea genomurilor speciilor cu fenomenul Dehnel și a celor fără această capacitate permite identificarea presiunilor selective (de exemplu, variabilitatea resurselor, predarea, clima) care favorizează evoluția plasticității extreme a creierului. Acest tip de analiză sprijină o interpretare mai largă: toleranța neuronală la stres este un trait adaptiv, nu doar o curiositate naturală.
În concluzie, deși este prea devreme pentru a declara că mecanismele soricelului comun vor genera terapii umane, studiile genomice și de expresie sezonieră au scos la iveală o rețea biologică coerentă care protejează celulele cerebrale în fața variațiilor volumetrice. Această rețea include componente asociate neurogenezei, reparației ADN-ului, reglării apei și controlului barierei hemato-encefalice — ținte care merită investigații suplimentare în contextul neuroprotecției și al cercetării asupra neurodegenerării.
Pe termen lung, integrarea datelor comparative (genomice și ecologice), a experimentelor funcționale și a studiilor clinice va decide dacă elemente ale toleranței sezoniere a creierului pot fi adaptate pentru a proteja creierul uman în boală. În acest demers, fenomenul Dehnel și soricelul comun rămân modele naturale prețioase care provoacă și extind limitele înțelegerii noastre despre plasticitatea adultă a creierului, homeostazia energetică și reziliența neuronală.
Sursa: sciencealert
Lasă un Comentariu