Откривен главни неурони који контролишу кретање код црва, важни за лечење људи

Истраживачи из Синаи Хелта и Универзитета у Торонту открили су механизам у нервном систему сићушне ваљкасте глисте C. elegans који би могао имати значајне импликације на лечење људских болести и развој роботике.

Студија, коју су водили Меј Жен и колеге из истраживачког института Луненфелд-Таненбаум, објављена је у часопису „Science Advances“ и открива кључну улогу специфичног неурона званог AVA у контроли способности црва да прелази између кретања напред и назад.

За црве је неопходно да пузе ка изворима хране и брзо се повуку од опасности. Овакво понашање, где се две радње међусобно искључују, типично је за многе животиње, укључујући и људе, који не могу истовремено да седе и трче.

Научници су дуго веровали да се контрола кретања код црва постиже једноставном интеракцијом два неурона: AVA и AVB. Сматрало се да први подстиче кретање уназад, а други кретање напред, при чему сваки инхибира други како би контролисао смер кретања.

Међутим, нови подаци Женовог тима доводе у питање овај став, откривајући сложенију интеракцију у којој АВА неурон игра двоструку улогу. Не само да одмах зауставља кретање напред сузбијањем АВБ, већ и одржава дугорочну стимулацију АВБ како би се осигурао глатки прелаз назад на кретање напред.

Ово откриће истиче способност AVA неурона да фино контролише кретање кроз различите механизме у зависности од различитих сигнала и на различитим временским скалама.

„Са инжењерске перспективе, ово је веома економичан дизајн“, каже Женг, професор молекуларне генетике на Медицинском факултету Темерти Универзитета у Торонту. „Снажна, континуирана инхибиција повратне спреге омогућава животињи да реагује на неповољне услове и побегне. Истовремено, контролни неурон наставља да пумпа константан гас у петљу за кретање напред како би се преместио на безбедне локације.“

Јун Менг, бивши докторанд у Женговој лабораторији који је водио студију, рекао је да је разумевање како животиње прелазе између таквих супротстављених моторичких стања кључно за разумевање како се животиње крећу, као и за истраживање неуролошких поремећаја.

Откриће доминантне улоге AVA неурона нуди нове увиде у неуронска кола која су научници проучавали од појаве модерне генетике пре више од пола века. Женгова лабораторија је успешно користила најсавременију технологију да прецизно модулира активност појединачних неурона и забележи податке живих црва у покрету.

Жен, такође професор ћелијске и системске биологије на Факултету уметности и науке Универзитета у Торонту, наглашава важност интердисциплинарне сарадње у овој студији. Менг је спровео кључне експерименте, а електричне снимке неурона је обавио Бин Ју, докторант у лабораторији Шанбанга Гаоа на Универзитету науке и технологије Хуажунг у Кини.

Тосиф Ахмед, бивши постдокторски сарадник у Женговој лабораторији, а сада теоријски сарадник на истраживачком кампусу Џанелија на HHMI у САД, водио је математичко моделирање које је било важно за тестирање хипотеза и стицање нових увида.

AVA и AVB имају различите опсеге и динамику мембранског потенцијала. Извор: Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adk0002

Резултати студије пружају поједностављени модел за проучавање како неурони могу да управљају вишеструким улогама у контроли покрета - концепт који би се могао применити и на људска неуролошка стања.

На пример, двострука улога AVA-е зависи од њеног електричног потенцијала, који је регулисан јонским каналима на њеној површини. Женг већ истражује како слични механизми могу бити укључени у ретко стање познато као CLIFAHDD синдром, узроковано мутацијама у сличним јонским каналима. Нова открића би такође могла да информишу дизајн адаптивнијих и ефикаснијих роботских система способних за извођење сложених покрета.

„Од порекла модерне науке до најсавременијих истраживања данас, моделни организми попут C. elegans играли су важну улогу у откривању сложености наших биолошких система“, рекла је Ан-Клод Гинграс, директорка истраживачког института Луненфелд-Таненбаум и потпредседница за истраживање у Синаи Хелту. „Ова студија је одличан пример како можемо учити од једноставних животиња и применити то знање за унапређење медицине и технологије.“