Ανακαλύφθηκε ο κύριος νευρώνας που ελέγχει την κίνηση σε σκουλήκια, σημαντικός για τη θεραπεία των ανθρώπων
Τελευταία επισκόπηση: 14.06.2024
Όλα τα περιεχόμενα του iLive ελέγχονται ιατρικά ή ελέγχονται για να διασφαλιστεί η όσο το δυνατόν ακριβέστερη ακρίβεια.
Έχουμε αυστηρές κατευθυντήριες γραμμές προμήθειας και συνδέουμε μόνο με αξιόπιστους δικτυακούς τόπους πολυμέσων, ακαδημαϊκά ερευνητικά ιδρύματα και, όπου είναι δυνατόν, ιατρικά επισκοπικά μελέτες. Σημειώστε ότι οι αριθμοί στις παρενθέσεις ([1], [2], κλπ.) Είναι σύνδεσμοι με τις οποίες μπορείτε να κάνετε κλικ σε αυτές τις μελέτες.
Εάν πιστεύετε ότι κάποιο από το περιεχόμενό μας είναι ανακριβές, παρωχημένο ή αμφισβητήσιμο, παρακαλώ επιλέξτε το και πατήστε Ctrl + Enter.
Ερευνητές από το Sinai Health και το Πανεπιστήμιο του Τορόντο ανακάλυψαν έναν μηχανισμό στο νευρικό σύστημα του μικρού στρογγυλού σκουλήκι C. Elegans που θα μπορούσε να έχει σημαντικές επιπτώσεις στη θεραπεία ανθρώπινων ασθενειών και στην ανάπτυξη της ρομποτικής.
Η μελέτη, με επικεφαλής τη Mei Zhen και τους συναδέλφους της στο Ερευνητικό Ινστιτούτο Lunenfeld-Tanenbaum, δημοσιεύτηκε στο Science Advances και αποκαλύπτει τον βασικό ρόλο ενός συγκεκριμένου νευρώνα που ονομάζεται AVA στον έλεγχο της ικανότητας του σκουληκιού να αλλάζει μεταξύ κίνησης προς τα εμπρός και προς τα πίσω.
Είναι εξαιρετικά σημαντικό για τα σκουλήκια να σέρνονται προς τις πηγές τροφής και να αποσύρονται γρήγορα από τον κίνδυνο. Αυτή η συμπεριφορά, όταν δύο ενέργειες αλληλοαποκλείονται, είναι χαρακτηριστική για πολλά ζώα, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων, που δεν μπορούν να κάθονται και να τρέχουν ταυτόχρονα.
Οι επιστήμονες πίστευαν από καιρό ότι ο έλεγχος της κίνησης στα σκουλήκια επιτυγχάνεται μέσω απλών αμοιβαίων ενεργειών δύο νευρώνων: του AVA και του AVB. Το πρώτο θεωρήθηκε ότι προάγει την κίνηση προς τα πίσω και το δεύτερο την κίνηση προς τα εμπρός, καθένα από τα οποία καταστέλλει το άλλο για να ελέγξει την κατεύθυνση της κίνησης.
Ωστόσο, νέα δεδομένα από την ομάδα του Zhen αμφισβητούν αυτήν την ιδέα, αποκαλύπτοντας μια πιο περίπλοκη αλληλεπίδραση όπου ο νευρώνας AVA παίζει διπλό ρόλο. Όχι μόνο σταματά αμέσως την κίνηση προς τα εμπρός καταστέλλοντας την AVB, αλλά διατηρεί επίσης τη μακροχρόνια διέγερση AVB για να εξασφαλίσει μια ομαλή μετάβαση πίσω στην κίνηση προς τα εμπρός.
Αυτό το εύρημα υπογραμμίζει την ικανότητα του νευρώνα AVA να ελέγχει με ακρίβεια την κίνηση μέσω διαφορετικών μηχανισμών ανάλογα με διαφορετικά σήματα και σε διαφορετικές χρονικές κλίμακες.
"Από μηχανολογική άποψη, αυτός είναι ένας πολύ οικονομικός σχεδιασμός", λέει ο Zhen, καθηγητής μοριακής γενετικής στην Ιατρική Σχολή Temerty στο Πανεπιστήμιο του Τορόντο. "Η ισχυρή και διαρκής καταστολή του κυκλώματος ανάδρασης επιτρέπει στα ζώα να ανταποκρίνονται σε δυσμενείς συνθήκες και να διαφεύγουν. Ταυτόχρονα, ο νευρώνας ελέγχου συνεχίζει να παρέχει σταθερό αέριο στο κύκλωμα προς τα εμπρός για να μετακινηθεί σε ασφαλή μέρη."
Ο Τζουν Μενγκ, πρώην διδακτορικός φοιτητής στο εργαστήριο του Ζεν που ηγήθηκε της μελέτης, είπε ότι η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο τα ζώα μεταβαίνουν μεταξύ τέτοιων αντίθετων κινητικών καταστάσεων είναι το κλειδί για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο κινούνται τα ζώα, καθώς και για την έρευνα για νευρολογικές διαταραχές. p>
Η ανακάλυψη του κυρίαρχου ρόλου του νευρώνα AVA προσφέρει νέα εικόνα για τα νευρωνικά κυκλώματα που οι επιστήμονες μελετούν από την εμφάνιση της σύγχρονης γενετικής πριν από περισσότερο από μισό αιώνα. Το εργαστήριο του Zhen έχει χρησιμοποιήσει με επιτυχία προηγμένη τεχνολογία για να ρυθμίσει με ακρίβεια τη δραστηριότητα μεμονωμένων νευρώνων και να καταγράψει δεδομένα από ζωντανά σκουλήκια σε κίνηση.
Ο Ζεν, επίσης καθηγητής βιολογίας κυττάρων και συστημάτων στη Σχολή Τεχνών και Επιστημών του Πανεπιστημίου του Τορόντο, τονίζει τη σημασία της διεπιστημονικής συνεργασίας σε αυτήν την έρευνα. Ο Μενγκ διεξήγαγε τα βασικά πειράματα και οι ηλεκτρικές καταγραφές των νευρώνων πραγματοποιήθηκαν από τον Bing Yu, Ph.D., φοιτητή στο εργαστήριο του Shanban Gao στο Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας Huazhong στην Κίνα.
Ο Tosif Ahmed, πρώην μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο εργαστήριο του Zhen και τώρα θεωρητικός συνεργάτης στην ερευνητική πανεπιστημιούπολη HHMI Janelia στις Ηνωμένες Πολιτείες, ηγήθηκε της μαθηματικής μοντελοποίησης που ήταν σημαντική για τον έλεγχο υποθέσεων και τη δημιουργία νέας γνώσης.
Το AVA και το AVB έχουν διαφορετικά εύρη δυναμικού και δυναμική μεμβράνης. Πηγή: Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adk0002
Τα αποτελέσματα της μελέτης παρέχουν ένα απλοποιημένο μοντέλο για τη μελέτη του τρόπου με τον οποίο οι νευρώνες μπορούν να ενορχηστρώσουν πολλαπλούς ρόλους στον έλεγχο της κίνησης, μια έννοια που μπορεί να εφαρμοστεί σε ανθρώπινες νευρολογικές καταστάσεις.
Για παράδειγμα, ο διπλός ρόλος του AVA εξαρτάται από το ηλεκτρικό του δυναμικό, το οποίο ρυθμίζεται από κανάλια ιόντων στην επιφάνειά του. Ο Zhen ήδη ερευνά πώς μπορεί να εμπλέκονται παρόμοιοι μηχανισμοί σε μια σπάνια πάθηση γνωστή ως σύνδρομο CLIFAHDD, που προκαλείται από μεταλλάξεις σε παρόμοια κανάλια ιόντων. Τα νέα ευρήματα θα μπορούσαν επίσης να ενημερώσουν την ανάπτυξη πιο προσαρμοστικών και αποτελεσματικών ρομποτικών συστημάτων ικανών να εκτελούν σύνθετες κινήσεις.
"Από τις απαρχές της σύγχρονης επιστήμης μέχρι την έρευνα αιχμής σήμερα, οργανισμοί μοντέλων όπως ο C. Elegans διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στο ξεκλείδωμα της πολυπλοκότητας των βιολογικών μας συστημάτων", δήλωσε η Anne-Claude Gingras, διευθύντρια του Ερευνητικού Ινστιτούτου Lunenfeld-Tanenbaum και αντιπρόεδρος από έρευνα στο Sinai Health. "Αυτή η έρευνα είναι ένα εξαιρετικό παράδειγμα του πώς μπορούμε να μάθουμε από απλά ζώα και να εφαρμόσουμε αυτή τη γνώση για να προωθήσουμε την ιατρική και την τεχνολογία."