Mästarneuron som kontrollerar rörelser hos upptäckta maskar, viktigt för att behandla människor
Senast recenserade: 14.06.2024
Allt iLive-innehåll är mediekontrollerat eller faktiskt kontrollerat för att säkerställa så mycket faktuell noggrannhet som möjligt.
Vi har strikta sourcing riktlinjer och endast länk till välrenommerade media webbplatser, akademiska forskningsinstitut och, när det är möjligt, medicinsk peer granskad studier. Observera att siffrorna inom parentes ([1], [2] etc.) är klickbara länkar till dessa studier.
Om du anser att något av vårt innehåll är felaktigt, omodernt eller på annat sätt tveksamt, välj det och tryck på Ctrl + Enter.
Forskare från Sinai Health och University of Toronto har upptäckt en mekanism i nervsystemet hos den lilla rundmasken C. Elegans som kan ha betydande konsekvenser för behandlingen av mänskliga sjukdomar och utvecklingen av robotik.
Studien, ledd av Mei Zhen och hennes kollegor vid Lunenfeld-Tanenbaum Research Institute, publicerades i Science Advances och avslöjar nyckelrollen för en specifik neuron som kallas AVA för att kontrollera maskens förmåga att växla mellan att gå framåt och bakåt.
Det är extremt viktigt för maskar att krypa mot matkällor och snabbt dra sig undan faran. Detta beteende, när två handlingar utesluter varandra, är typiskt för många djur, inklusive människor, som inte kan sitta och springa samtidigt.
Forskare har länge trott att rörelsekontroll hos maskar uppnås genom enkla ömsesidiga handlingar av två neuroner: AVA och AVB. Den förra ansågs främja bakåtrörelse och den senare till framåtrörelse, var och en undertryckte den andra för att kontrollera rörelseriktningen.
Ny data från Zhens team utmanar dock denna uppfattning och avslöjar en mer komplex interaktion där AVA-neuronen spelar en dubbel roll. Inte bara stoppar den omedelbart framåtrörelse genom att undertrycka AVB, utan den upprätthåller också långvarig AVB-stimulering för att säkerställa en mjuk övergång tillbaka till framåtrörelse.
Detta fynd framhäver AVA-neuronens förmåga att finkontrollera rörelse genom olika mekanismer beroende på olika signaler och på olika tidsskalor.
"Ur teknisk synvinkel är detta en mycket kostnadseffektiv design", säger Zhen, professor i molekylär genetik vid Temerty fakulteten för medicin vid University of Toronto. "En stark och ihållande undertryckning av återkopplingskretsen gör att djuren kan reagera på ogynnsamma förhållanden och fly. Samtidigt fortsätter kontrollneuronen att tillföra konstant gas till den främre kretsen för att flytta till säkra platser."
Jun Meng, en före detta doktorand i Zhens labb som ledde studien, sa att förståelse för hur djur övergår mellan sådana motsatta motoriska tillstånd är nyckeln till att förstå hur djur rör sig, såväl som för forskning om neurologiska störningar. p>
Upptäckten av AVA-neuronens dominerande roll ger ny insikt i neurala kretsar som forskare har studerat sedan den moderna genetikens tillkomst för mer än ett halvt sekel sedan. Zhens labb har framgångsrikt använt avancerad teknik för att exakt modulera aktiviteten hos enskilda neuroner och registrera data från levande maskar i rörelse.
Zhen, även professor i cell- och systembiologi vid fakulteten för konst och vetenskap vid University of Toronto, betonar vikten av tvärvetenskapligt samarbete i denna forskning. Meng genomförde nyckelexperimenten och de elektriska inspelningarna av neuronerna utfördes av Bing Yu, Ph.D., en student i Shanban Gaos labb vid Huazhong University of Science and Technology i Kina.
Tosif Ahmed, en före detta postdoktor i Zhens labb och nu en teoretisk fellow vid HHMI Janelia Research Campus i USA, ledde den matematiska modelleringen som var viktig för att testa hypoteser och generera ny kunskap.
AVA och AVB har olika membranpotentialområden och dynamik. Källa: Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adk0002
Studieresultaten ger en förenklad modell för att studera hur neuroner kan orkestrera flera roller i rörelsekontroll, ett koncept som kan tillämpas på mänskliga neurologiska tillstånd.
Till exempel beror AVA:s dubbla roll på dess elektriska potential, som regleras av jonkanaler på dess yta. Zhen undersöker redan hur liknande mekanismer kan vara involverade i ett sällsynt tillstånd som kallas CLIFAHDD-syndrom, orsakat av mutationer i liknande jonkanaler. De nya rönen kan också informera om utvecklingen av mer adaptiva och effektiva robotsystem som kan utföra komplexa rörelser.
"Från den moderna vetenskapens ursprung till spetsforskning idag spelar modellorganismer som C. Elegans en viktig roll för att låsa upp komplexiteten i våra biologiska system", säger Anne-Claude Gingras, chef för Lunenfeld-Tanenbaum Research Institute och vicepresident vid forskning vid Sinai Health. "Denna forskning är ett bra exempel på hur vi kan lära av enkla djur och tillämpa den kunskapen för att främja medicin och teknik."