Serotonina – kto z nas o niej nie słyszał? Nazywana hormonem szczęścia, często nie do końca słusznie łączona z czekoladą, gdyż ta jej nie zawiera, natomiast dzięki fenyloetyloaminie zawartej w niej poziom serotoniny i endorfin po zjedzeniu czekolady faktycznie rośnie.

Serotonina jest ważnym neuroprzekaźnikiem w układzie nerwowym – produkowana jest głównie (lecz nie jedynie) w jądrach szwu w pniu mózgu, neurony serotoninergiczne unerwiają prawie każdą część mózgu. Mimo niewątpliwej wagi, jaką ma dla organizmu, rola ta pozostaje częściowo nieznana, po części z powodu braku metody, która oddziaływałaby bezpośrednio na jej syntezę w mózgu. W ciągu ostatnich dekad zaburzenia układu serotoninergicznego łączono między innymi z ADHD, PTSD czy zespołem lęku uogólnionego. Autorzy badania opublikowanego w „The Journal of Neuroscience” postanowili przyjrzeć się wpływowi serotoniny na zachowanie myszy. Opracowali oni metodę, która prawie całkowicie eliminuje syntezę serotoniny z rozwijającego się mózgu myszy. Metoda polega na wstrzyknięciu wirusa AAV z rekombinazą Cre, która pozwoliła na zinaktywowanie genu TPH2 (tryptophan hydroxylase 2). Gen ten odpowiedzialny jest za kodowanie enzymu, który to odpowiada za pierwszy etap syntezy serotoniny, dzięki czemu limituje jej szybkość. Wycinając ten gen, naukowcy zablokowali myszom możliwość syntezy serotoniny. Wirus wprowadzany był do organizmu myszy przez zastrzyk w śródmózgowie lub most.

Warto zwrócić uwagę, że już wcześniej istniały metody blokowania syntezy serotoniny. Jednak metoda przytoczona powyżej rozwiązuje pewne niedoskonałości, którymi te się odznaczały. Używano przykładowo PCPA, który to jest inhibitorem kompetencyjnym dla TPH, tak jak powyższa metoda pozwalało to na organicznie produkcji serotoniny. Warto w tym miejscu zaznaczyć, że ssaki posiadają dwa izoenzymy TPH – TPH1 oraz TPH2. Pierwszy z nich odpowiada za syntezę serotoniny w organach takich jak skóra, przewód pokarmowy czy szyszynka (lecz także częściowo w ośrodkowym układzie nerwowym). TPH2 odpowiada za syntezę serotoniny tylko w ośrodkowym układzie nerwowym i jest tam głównym izoenzymem. Ponadto metoda ta wpływała także na syntezę innych monoamin. Powodowało to duże trudności w precyzyjnym określeniu, czy zaobserwowane efekty są na pewno następstwem deficytów serotoniny w mózgu, czy inne czynniki także miały w nich swój udział. Inne metody, podobnie jak powyższa, nie były precyzyjnie wycelowane w serotoninę, a oddziaływały także na niepożądane przez badaczy elementy.

Do eksperymentu przy użyciu nowej metody wykorzystano 3 grupy myszy z następującymi genotypami TPH2^fl/fl, TPH2^fl/- oraz TPH2^fl/+. W przypadku pierwszej grupy zaobserwowano 97% spadku serotoniny w przodomózgowiu (grupą kontrolną była grupa bez inekcji), w przypadku drugiej grupy zaobserwowano spadek o 93% (grupa kontrolna to grupa z inekcją wirusa AAV-GFP). Warto zauważyć, że w ciągu dwóch tygodni nie zmienił się poziom dopaminy i noradrenaliny; co pozwala uniknąć błędów poprzednich badań, kiedy nie wiadomo do końca, co dokładnie wpływa na zachowanie i obserwowane efekty. Jednak żadna metoda nie jest idealna i w czasie powyżej dwóch tygodni poziom dopaminy uległ zmianie. Może to nasuwać nowe ciekawe kierunki badań, takie jak to, czy długotrwały niedobór serotoniny wpływa na stabilność systemu innych monoamin, co sugerują autorzy artykułu.

Eksperyment dzielił się na dwa następujące po sobie cykle – fazę jasną i ciemną. Obie fazy trwały po 12h. Pokarm i woda były dostępne bez ograniczeń. Wszystkie procedury badające zachowanie myszy, przeprowadzane były w fazie jasnej tj. godzinach 6-18. Trzy oddzielne kohorty myszy były obserwowane w trzech różnych sytuacjach. Dla aklimatyzacji myszy były przeniesione ze swoich klatek na miejsce eksperymentu godzinę przed jego zasadniczą częścią.

Pierwsza grupa badana była na otwartym polu, w uniesionym labiryncie krzyżowym oraz teście jasnego-ciemnego pudełka. Wszystkie trzy testy są najbardziej rozpowszechnionymi przy mierzeniu poziomu lęku u myszy i szczurów; a także służą do określenia poziomu aktywności ruchowej. Test otwartego pola to arena otoczona ścianami w celu zapobieżeniu ucieczki zwierzęcia. Zazwyczaj pole pokryte jest narysowaną siatką kwadratów, a środek zaznaczony jest innym kolorem. W teście tym mierzy się przebywanie w poszczególnych częściach klatki, aktywność zwierzęcia i inne zachowania takie jak np. określone postury ciała zwierzęcia; czasem także częstotliwość defekacji i urynacji (choć  co do tych zachowań nie ma zgody czy mogą być traktowane jako znaczniki lęku). Uniesiony labirynt krzyżowy to labirynt o kształcie +, z czego dwa ramiona są zabudowane, a pozostałe dwa są odsłonięte. W tym badaniu lęk wyrażony jest przez ilość czasu spędzanego w zamkniętych ramionach. Test jasnego ciemnego pudełka polega na włożeniu myszy do ciemnego pudełka, z którego można przejść do części oświetlonej. W tym teście rejestruje się ilość przejść między częściami pudełka, całkowity przebyty dystans oraz dystans w każdej z części, a także opóźnienie w przejściu do pudełka oświetlonego. Myszy mają tendencję do unikania jasno oświetlonych miejsc, więc powyższe czynniki służą do ustalenie poziomu lęku u myszy.

Zachowanie drugiej kohorty było monitorowane podczas pobytu w klatce spełniającej funkcję miejsca stałego pobytu. Poszczególne reakcje zostały podzielone na aktywne i nieaktywne oraz szczegółowo zdefiniowane. Przykładowo sen z repertuaru reakcji nieaktywnych oznacza okres bezruchu wynoszący przynajmniej 2 minuty. W repertuarze zachowań aktywnych zdefiniowano między innymi jedzenie, chodzenie, wspinane się itd.

Przy trzeciej kohorcie skupiono się na monitorowaniu dobowej aktywności myszy. Do pomiaru służyły czujniki podczerwieni połączone z systemem komputerowym.

Wiele badań z poprzednich lat podaje sprzeczne rezultaty na temat wpływu serotoniny na zachowania lękowe. Nie zaobserwowano różnicy w zachowaniu myszy z kohorty pierwszej (niezależnie czy były pozbawione serotoniny czy nie) w testach sprawdzających poziom lęku. W związku z tym można wysnuć twierdzenie, że zaburzenia syntezy serotoniny w przednich jądrach szwu (znajdujących się w pniu mózgu) nie powoduje zachowań lękowych.

Deficyty serotoniny zwiększały za to aktywność myszy zarówno w nowym, jak i stałym środowisku. Mimo, że w teście otwartego pola, nie zauważono różnic w zachowaniu lękowym, zarejestrowano zwiększoną aktywność ruchową myszy z grup eksperymentalnych.  Co ciekawe zwiększona aktywność nie wynikała z jednego bardzo wzmożonego okresu aktywności, a utrzymywała się przez cały czas trwania testu (30 min). Wyniki te były zgodne z obserwowaną przez 48h w klatkach kohortą drugą, w której to także osobniki pozbawione serotoniny wykazywały większą aktywność ruchową.

Po trzecie zauważono, że niedobór serotoniny zakłóca normalny rytm dobowy i powoduje hiperaktywnosć. Dodatkowo zakłóca okresy odpoczynku („sjestę”) - myszy z normalnym poziomem serotoniny konsekwentnie wykazywały około 2h przerwę w aktywności w drugiej części fazy ciemnej; myszy z jej obniżonym poziomem nie wykazywały takich zachowań.

Należy docenić użytą w tym badaniu metodę eliminowania syntezy serotoniny, która wydaje się być bardziej precyzyjna niż dotychczasowe metody. W przyszłości pozwoli to na lepszą kontrolę czy wpływ na dane zachowanie na pewno wywołuje serotonina. Powyższe badania pozwalają także ostrożnie wskazać nowe kierunki poszukiwania znaczenia serotoniny – takie jak np. jej wpływ na uczucie senności czy zmęczenia,  co może sugerować brak „sjest” u myszy jej pozbawionych. Ponadto metoda na pewno okaże się pomocna w dalszych badaniach nad serotoniną, której rola wciąż jest słabo poznana; łączona jest np. z anhedonią, depresją czy schizofrenią; jednak potrzeba w tym kierunku wielu dalszych badań.