Виявлено головний нейрон, який контролює рух черв’яків, важливий для лікування людей
Останній перегляд: 14.06.2024
Весь контент iLive перевіряється медичними експертами, щоб забезпечити максимально можливу точність і відповідність фактам.
У нас є строгі правила щодо вибору джерел інформації та ми посилаємося тільки на авторитетні сайти, академічні дослідницькі інститути і, по можливості, доведені медичні дослідження. Зверніть увагу, що цифри в дужках ([1], [2] і т. д.) є інтерактивними посиланнями на такі дослідження.
Якщо ви вважаєте, що який-небудь з наших матеріалів є неточним, застарілим або іншим чином сумнівним, виберіть його і натисніть Ctrl + Enter.
Дослідники з Sinai Health та Університету Торонто виявили механізм у нервовій системі малих круглих черв’яків C. Elegans, який може мати значні наслідки для лікування захворювань людини та розвитку робототехніки.
Дослідження під керівництвом Мей Чжень та її колег з Науково-дослідного інституту Луненфельда-Таненбаума було опубліковано в Science Advances і розкриває ключову роль певного нейрона під назвою AVA контролює здатність хробака перемикатися між рухом вперед і назад.
Для черв'яків надзвичайно важливо повзти до джерел їжі та швидко відступати від небезпеки. Така поведінка, коли дві дії є взаємовиключними, характерна для багатьох тварин, у тому числі людей, які не можуть сидіти й бігати одночасно.
Науковці давно вважали, що керування рухами черв’яків здійснюється за допомогою простих взаємних дій двох нейронів: AVA та AVB. Вважалося, що перший сприяє руху назад, а другий — вперед, при цьому кожен пригнічує інший, щоб контролювати напрямок руху.
Однак нові дані команди Женя ставлять під сумнів це уявлення, виявляючи більш складну взаємодію, де нейрон AVA відіграє подвійну роль. Він не тільки миттєво зупиняє рух вперед, пригнічуючи AVB, але й підтримує тривалу стимуляцію AVB, щоб забезпечити плавний перехід назад до руху вперед.
Це відкриття підкреслює здатність нейрона AVA точно контролювати рух за допомогою різних механізмів залежно від різних сигналів і в різних масштабах часу.
«З інженерної точки зору це дуже економічно ефективна конструкція», — каже Жень, професор молекулярної генетики на медичному факультеті Темерті Університету Торонто. «Сильне та стійке придушення ланцюга зворотного зв’язку дозволяє тваринам реагувати на несприятливі умови та втекти. У той же час керуючий нейрон продовжує подавати постійний газ у передній ланцюг, щоб рухатись у безпечні місця».
Цзюнь Мен, колишній докторант лабораторії Женя, який керував дослідженням, сказав, що розуміння того, як тварини переходять між такими протилежними руховими станами, є ключовим для розуміння того, як тварини рухаються, а також для дослідження неврологічних розладів. p>
Відкриття домінуючої ролі нейрона AVA пропонує новий погляд на нейронні схеми, які вчені вивчали з моменту появи сучасної генетики понад півстоліття тому. Лабораторія Женя успішно використала передову технологію для точної модуляції активності окремих нейронів і запису даних живих черв’яків у русі.
Чжень, також професор клітинної та системної біології на факультеті мистецтв і наук Університету Торонто, підкреслює важливість міждисциплінарної співпраці в цьому дослідженні. Мен провів ключові експерименти, а електричні записи нейронів здійснив Бін Ю, доктор філософії, студент лабораторії Шанбань Гао в Науково-технологічному університеті Хуачжун у Китаї.
Тосиф Ахмед, колишній докторант у лабораторії Женя, а тепер теоретик у HHMI Janelia Research Campus у Сполучених Штатах, очолив математичне моделювання, яке було важливим для перевірки гіпотез і генерування нових знань.
AVA та AVB мають різні діапазони та динаміку мембранного потенціалу. Джерело: Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adk0002
Результати дослідження надають спрощену модель для вивчення того, як нейрони можуть організовувати кілька ролей у контролі рухів, концепцію, яку можна застосувати до неврологічних захворювань людини.
Наприклад, подвійна роль AVA залежить від його електричного потенціалу, який регулюється іонними каналами на його поверхні. Жень уже досліджує, як подібні механізми можуть бути задіяні в рідкісному стані, відомому як синдром CLIFHDD, спричиненому мутаціями в подібних іонних каналах. Нові висновки також можуть допомогти розробити більш адаптивні та ефективні роботизовані системи, здатні виконувати складні рухи.
«Від витоків сучасної науки до передових досліджень сьогодні модельні організми, такі як C. Elegans, відіграють важливу роль у розкритті складності наших біологічних систем», — сказала Анн-Клод Гінграс, директор науково-дослідного інституту Луненфельда-Таненбаума. І віце-президент з досліджень Sinai Health. «Це дослідження є чудовим прикладом того, як ми можемо вчитися у простих тварин і застосовувати ці знання для розвитку медицини та технологій».