Odkryto neuron główny kontrolujący ruch robaków, ważny w leczeniu ludzi
Ostatnia recenzja: 14.06.2024
Cała zawartość iLive jest sprawdzana medycznie lub sprawdzana pod względem faktycznym, aby zapewnić jak największą dokładność faktyczną.
Mamy ścisłe wytyczne dotyczące pozyskiwania i tylko linki do renomowanych serwisów medialnych, akademickich instytucji badawczych i, o ile to możliwe, recenzowanych badań medycznych. Zauważ, że liczby w nawiasach ([1], [2] itd.) Są linkami do tych badań, które można kliknąć.
Jeśli uważasz, że któraś z naszych treści jest niedokładna, nieaktualna lub w inny sposób wątpliwa, wybierz ją i naciśnij Ctrl + Enter.
Naukowcy z Sinai Health i University of Toronto odkryli mechanizm w układzie nerwowym małej nicieni C. Elegans, który może mieć istotne znaczenie dla leczenia chorób u ludzi i rozwoju robotyki.
Badanie, prowadzone przez Mei Zhen i jej współpracowników z Lunenfeld-Tanenbaum Research Institute, zostało opublikowane w Science Advances i ujawnia kluczową rolę określonego neuronu zwanego AVA w kontrolowaniu zdolności robaka do przełączania się między ruchem do przodu i do tyłu.
Niezwykle ważne jest, aby robaki pełzały w kierunku źródeł pożywienia i szybko uciekały przed niebezpieczeństwem. Takie zachowanie, gdy dwie czynności wzajemnie się wykluczają, jest typowe dla wielu zwierząt, w tym ludzi, którzy nie mogą jednocześnie siedzieć i biegać.
Naukowcy od dawna wierzyli, że kontrola ruchu robaków odbywa się poprzez proste wzajemne działanie dwóch neuronów: AVA i AVB. Uważano, że ten pierwszy sprzyja ruchowi do tyłu, a drugi do ruchu do przodu, przy czym oba tłumią się nawzajem, aby kontrolować kierunek ruchu.
Jednak nowe dane uzyskane przez zespół Zhena podważają tę koncepcję, ujawniając bardziej złożoną interakcję, w której neuron AVA odgrywa podwójną rolę. Nie tylko natychmiast zatrzymuje ruch do przodu poprzez tłumienie AVB, ale także utrzymuje długoterminową stymulację AVB, aby zapewnić płynne przejście z powrotem do ruchu do przodu.
To odkrycie podkreśla zdolność neuronu AVA do precyzyjnego kontrolowania ruchu za pomocą różnych mechanizmów w zależności od różnych sygnałów i różnych skal czasowych.
„Z inżynierskiego punktu widzenia jest to bardzo opłacalny projekt” – mówi Zhen, profesor genetyki molekularnej na Wydziale Lekarskim Temerty na Uniwersytecie w Toronto. „Silne i trwałe tłumienie obwodu sprzężenia zwrotnego pozwala zwierzętom reagować na niekorzystne warunki i uciekać. Jednocześnie neuron sterujący w dalszym ciągu dostarcza stały gaz do obwodu przewodzenia, aby przenieść się do bezpiecznych miejsc.”
Jun Meng, była doktorantka w laboratorium Zhena, która kierowała badaniem, stwierdziła, że zrozumienie, w jaki sposób zwierzęta przechodzą między tak przeciwstawnymi stanami motorycznymi, jest kluczem do zrozumienia sposobu poruszania się zwierząt, a także do badań nad zaburzeniami neurologicznymi. p>
Odkrycie dominującej roli neuronu AVA oferuje nowy wgląd w obwody nerwowe, które naukowcy badają od czasu pojawienia się nowoczesnej genetyki ponad pół wieku temu. Laboratorium Zhena z powodzeniem wykorzystało zaawansowaną technologię do precyzyjnego modulowania aktywności poszczególnych neuronów i rejestrowania danych z żywych robaków w ruchu.
Zhen, także profesor biologii komórki i systemów na Wydziale Sztuki i Nauki Uniwersytetu w Toronto, podkreśla znaczenie współpracy interdyscyplinarnej w tych badaniach. Meng przeprowadził kluczowe eksperymenty, a zapisy elektryczne neuronów wykonał dr Bing Yu, student w laboratorium Shanban Gao na Uniwersytecie Nauki i Technologii Huazhong w Chinach.
Tosif Ahmed, były pracownik podoktorski w laboratorium Zhena, a obecnie pracownik teoretyczny w kampusie badawczym HHMI Janelia w Stanach Zjednoczonych, kierował modelowaniem matematycznym, które było ważne dla testowania hipotez i generowania nowej wiedzy.
AVA i AVB mają różne zakresy potencjałów błonowych i dynamikę. Źródło: Postępy nauki (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adk0002
Wyniki badania dostarczają uproszczonego modelu badania, w jaki sposób neurony mogą pełnić wiele ról w kontroli ruchu. Koncepcję tę można zastosować w przypadku schorzeń neurologicznych człowieka.
Na przykład podwójna rola AVA zależy od jej potencjału elektrycznego, który jest regulowany przez kanały jonowe na jego powierzchni. Zhen bada już, jak podobne mechanizmy mogą mieć związek z rzadką chorobą znaną jako zespół CLIFAHDD, spowodowaną mutacjami w podobnych kanałach jonowych. Nowe odkrycia mogą również pomóc w opracowaniu bardziej adaptacyjnych i wydajnych systemów robotycznych zdolnych do wykonywania złożonych ruchów.
„Od początków współczesnej nauki po najnowocześniejsze badania dzisiaj organizmy modelowe, takie jak C. Elegans, odgrywają ważną rolę w odkrywaniu złożoności naszych systemów biologicznych” – powiedziała Anne-Claude Gingras, dyrektor Instytutu Badawczego Lunenfeld-Tanenbaum i wiceprezes ds. Badań w Sinai Health. „To badanie jest doskonałym przykładem tego, jak możemy uczyć się od prostych zwierząt i wykorzystywać tę wiedzę do postępu w medycynie i technologii.”