S-a descoperit un neuron principal care controlează mișcarea viermilor, important pentru tratarea oamenilor

Cercetătorii de la Sinai Health și de la Universitatea din Toronto au descoperit un mecanism în sistemul nervos al viermilor rotunzi mici C. Elegans care ar putea avea implicații semnificative pentru tratamentul bolilor umane și dezvoltarea roboticii.

Studiul, condus de Mei Zhen și colegii ei de la Institutul de Cercetare Lunenfeld-Tanenbaum, a fost publicat în Science Advances și dezvăluie rolul cheie al unui anumit neuron numit AVA în controlul capacității viermelui de a comuta între deplasarea înainte și înapoi.

Este extrem de important ca viermii să se târască spre sursele de hrană și să se retragă rapid din pericol. Acest comportament, atunci când două acțiuni se exclud reciproc, este tipic pentru multe animale, inclusiv pentru oameni, care nu pot sta și alerga în același timp.

Oamenii de știință au crezut de mult timp că controlul mișcării la viermi este realizat prin simple acțiuni reciproce ale a doi neuroni: AVA și AVB. Se credea că prima promovează mișcarea înapoi, iar cea din urmă mișcarea înainte, fiecare suprimându-l pe celălalt pentru a controla direcția mișcării.

Cu toate acestea, noi date de la echipa lui Zhen contestă această noțiune, dezvăluind o interacțiune mai complexă în care neuronul AVA joacă un rol dublu. Nu numai că oprește imediat mișcarea înainte prin suprimarea AVB, dar menține și stimularea AVB pe termen lung pentru a asigura o tranziție lină înapoi la mișcarea înainte.

Această descoperire evidențiază capacitatea neuronului AVA de a controla fin mișcarea prin diferite mecanisme, în funcție de diferite semnale și de diferite scări de timp.

„Din punct de vedere ingineresc, acesta este un design foarte rentabil”, spune Zhen, profesor de genetică moleculară la Facultatea de Medicină Temerty de la Universitatea din Toronto. „Suprimarea puternică și susținută a circuitului de feedback permite animalelor să răspundă la condiții nefavorabile și să scape. În același timp, neuronul de control continuă să furnizeze gaz constant circuitului înainte pentru a se deplasa în locuri sigure.”

Jun Meng, un fost doctorand în laboratorul lui Zhen, care a condus studiul, a spus că înțelegerea modului în care animalele tranzitează între astfel de stări motorii opuse este cheia pentru înțelegerea modului în care animalele se mișcă, precum și pentru cercetarea tulburărilor neurologice. p>

Descoperirea rolului dominant al neuronului AVA oferă o nouă perspectivă asupra circuitelor neuronale pe care oamenii de știință le-au studiat de la apariția geneticii moderne cu mai bine de jumătate de secol în urmă. Laboratorul lui Zhen a folosit cu succes tehnologia avansată pentru a modula cu precizie activitatea neuronilor individuali și a înregistra date de la viermii vii în mișcare.

Zhen, de asemenea, profesor de biologie celulară și sisteme la Facultatea de Arte și Științe de la Universitatea din Toronto, subliniază importanța colaborării interdisciplinare în această cercetare. Meng a condus experimentele cheie, iar înregistrările electrice ale neuronilor au fost efectuate de Bing Yu, Ph.D., un student în laboratorul lui Shanban Gao la Universitatea de Știință și Tehnologie Huazhong din China.

Tosif Ahmed, fost bursier postdoctoral în laboratorul lui Zhen și acum teoretic la Campusul de Cercetare HHMI Janelia din Statele Unite, a condus modelarea matematică care a fost importantă pentru testarea ipotezelor și generarea de noi cunoștințe.

AVA și AVB au diferite game de potențial de membrană și dinamică. Sursa: Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adk0002

Rezultatele studiului oferă un model simplificat pentru studierea modului în care neuronii pot orchestra mai multe roluri în controlul mișcării, un concept care poate fi aplicat condițiilor neurologice umane.

De exemplu, rolul dublu al AVA depinde de potențialul său electric, care este reglat de canalele ionice de pe suprafața sa. Zhen investighează deja modul în care mecanisme similare pot fi implicate într-o afecțiune rară cunoscută sub numele de sindrom CLIFAHDD, cauzată de mutații în canale ionice similare. Noile descoperiri ar putea informa și dezvoltarea unor sisteme robotizate mai adaptative și mai eficiente, capabile să efectueze mișcări complexe.

„De la originile științei moderne până la cercetarea de ultimă oră, organisme model precum C. Elegans joacă un rol important în deblocarea complexității sistemelor noastre biologice”, a spus Anne-Claude Gingras, directorul Institutului de Cercetare Lunenfeld-Tanenbaum. Și vicepreședinte de cercetare la Sinai Health. „Această cercetare este un exemplu excelent al modului în care putem învăța de la animale simple și putem aplica aceste cunoștințe pentru a face progrese în medicina și tehnologia.”