Rondewurms verander die vloei van materiaal in en uit hul monde in reaksie op helder lig, wat 'n nuwe manier openbaar vir neurone om spierselle te beheer.
Die rondewurm C. elegans het nie oë en die ligabsorberende molekules wat nodig is om te sien nie. Tog kan dit die nare-proe chemikalieë wat deur lig geproduseer word, aanvoel en ophou eet. MIT-wetenskaplikes het C. elegans bestudeer om die neurale stroombane en spierbewegings wat nodig is om te spoeg, vas te stel. Krediet: Raleigh McElvery
Vir meer as 'n dekade weet navorsers dat die rondewurm Caenorhabditis elegans kan kort-golflengte lig opspoor en vermy, ten spyte van gebrekkige oë en die ligabsorberende molekules wat nodig is vir sig. As 'n gegradueerde student in die Horvitz-laboratorium het Nikhil Bhatla 'n verduideliking vir hierdie vermoë voorgestel. Hy het opgemerk dat ligblootstelling nie net die wurms laat wegkrummel nie, maar dit het hulle ook aangespoor om op te hou eet. Hierdie leidraad het hom gelei na 'n reeks studies wat voorgestel het dat sy kronkelende vakke glad nie die lig sien nie - hulle het die skadelike chemikalieë wat dit vervaardig, soos waterstofperoksied, opgespoor. Kort daarna het die Horvitz-laboratorium besef dat wurms nie net die nare chemikalieë proe wat lig genereer nie, hulle spoeg dit ook uit.
Nou, in 'n studie gepubliseer in eLife, 'n span onder leiding van onlangse gegradueerde student Steve Sando PhD '20 rapporteer die meganisme wat spoeg in C. elegans. Individuele spierselle word oor die algemeen beskou as die kleinste eenhede wat neurone onafhanklik kan beheer, maar die navorsers se bevindinge bevraagteken hierdie aanname. In die geval van spoeg, het hulle vasgestel dat neurone gespesialiseerde substreke van 'n enkele spiersel kan rig om veelvuldige bewegings te genereer - wat ons begrip uitbrei van hoe neurone spierselle beheer om gedrag te vorm.
’n Rondewurm spoeg nadat dit blootgestel is aan die nare-proe waterstofperoksied wat deur helder lig geproduseer word. Krediet: Steve Sando
"Steve het die merkwaardige ontdekking gemaak dat die sametrekking van 'n klein area van 'n spesifieke spiersel ontkoppel kan word van die sametrekking van die res van dieselfde sel," sê H. Robert Horvitz, die David H. Koch-professor in biologie by [Ingebed inhoud]
Nadat hy by die projek aangesluit het, het Sando ontdek dat die wurms nie bulder of aanhou smul nie. In plaas daarvan het die "barspompe" materiaal in die teenoorgestelde rigting gedryf, uit die mond na die plaaslike omgewing, eerder as verder terug in die farinks en ingewande. Met ander woorde, die lig wat sleg smaak, het wurms laat spoeg. Sando het toe jare spandeer om sy proefpersone om die mikroskoop met 'n helder lig te jaag en hul aksies in stadige beweging op te teken, om die neurale stroombane en spierbewegings wat vir hierdie gedrag nodig is, vas te stel.
"Die ontdekking dat die wurms spoeg was vir ons nogal verbasend, want die mond het gelyk asof dit beweeg net soos wanneer dit kou," sê Sando. "Dit blyk dat jy regtig nodig het om in te zoem en dinge stadiger te maak om te sien wat aangaan, want die diere is so klein en die gedrag gebeur so vinnig."
Om te ontleed wat in die farinks gebeur om hierdie spoegbeweging te produseer, het die navorsers 'n klein laserstraal gebruik om individuele senuwee- en spierselle chirurgies uit die mond te verwyder en te onderskei hoe dit die wurm se gedrag beïnvloed het. Hulle het ook die aktiwiteit van die selle in die mond gemonitor deur hulle te merk met spesiaal-gemanipuleerde fluoresserende "verslaggewer"-proteïene.
Hulle het gesien dat terwyl die wurm eet, drie spierselle na die voorkant van die farinks genaamd pm3s saamtrek en saam in sinchroniese pulse ontspan. Maar sodra die wurm lig smaak, word die substreke van hierdie individuele selle naaste aan die voorkant van die mond in 'n toestand van sametrekking gesluit, wat die voorkant van die mond oopmaak en materiaal laat uitstoot. Dit keer die rigting van die vloei van die ingeneemde materiaal om en skakel voeding om in spoeg.
Die span het vasgestel dat hierdie "ontkoppeling"-verskynsel deur 'n enkele neuron aan die agterkant van die wurm se bek beheer word. Hierdie senuweesel, wat M1 genoem word, veroorsaak 'n gelokaliseerde invloei van kalsium aan die voorkant van die pm3-spier wat waarskynlik verantwoordelik is vir die sneller van die subsellulêre sametrekkings.
M1 herlei belangrike inligting soos 'n skakelbord. Dit ontvang inkomende seine van baie verskillende neurone, en stuur daardie inligting na die spiere wat by spoeg betrokke is. Sando en sy span vermoed dat die sterkte van die inkomende sein die wurm se gedrag kan instel in reaksie op die proe van lig. Hulle bevindings dui byvoorbeeld daarop dat 'n weersinwekkende smaak 'n sterk mondspoeling veroorsaak, terwyl 'n effens onaangename sensasie die wurm sagter laat spoeg, net genoeg om die inhoud uit te stoot.
In die toekoms dink Sando dat die wurm as 'n model gebruik kan word om te bestudeer hoe neurone substreke van spierselle aktiveer om gedrag te vernou en te vorm - 'n verskynsel wat hulle vermoed by ander diere voorkom, moontlik mense ingesluit.
"Ons het in wese 'n nuwe manier gevind vir 'n neuron om 'n spier te beweeg," sê Sando. "Neurone orkestreer die bewegings van spiere, en dit kan 'n nuwe instrument wees wat hulle in staat stel om 'n gesofistikeerde soort beheer uit te oefen. Dit is nogal opwindend.”
Verwysing: "'n Uurglaskringmotief transformeer 'n motoriese program via subsellulêre gelokaliseerde spierkalsiumsein en sametrekking" deur Steven R Sando, Nikhil Bhatla, Eugene LQ Lee en H Robert Horvitz, 2 Julie 2021, eLife.
DOI: 10.7554/eLife.59341
Artikel oorspronklik gepubliseer HIER
