Los gusanos redondos cambian el flujo de material que entra y sale de la boca en respuesta a la luz brillante, lo que revela una nueva forma en que las neuronas controlan las células musculares.
El gusano redondo C. elegans carece de ojos y de las moléculas que absorben la luz necesarias para ver. Sin embargo, puede sentir los químicos de sabor desagradable producidos por la luz y deja de comer. Los científicos del MIT estudiaron C. elegans para identificar el circuito neuronal y los movimientos musculares necesarios para escupir. Crédito: Raleigh McElvery
Durante más de una década, los investigadores han sabido que el gusano redondo Caenorhabditis elegans puede detectar y evitar la luz de longitud de onda corta, a pesar de carecer de ojos y de las moléculas que absorben la luz necesarias para la vista. Como estudiante de posgrado en el laboratorio de Horvitz, Nikhil Bhatla propuso una explicación para esta habilidad. Observó que la exposición a la luz no solo hizo que los gusanos se alejaran, sino que también los llevó a dejar de comer. Esta pista lo llevó a una serie de estudios que sugerían que sus sujetos retorciéndose no estaban viendo la luz en absoluto: estaban detectando los químicos nocivos que producía, como el peróxido de hidrógeno. Poco después, el laboratorio de Horvitz se dio cuenta de que los gusanos no solo prueban los desagradables químicos que genera la luz, sino que también los escupen.
Ahora, en un estudio publicado en ELIFE, un equipo dirigido por el reciente estudiante de posgrado Steve Sando PhD '20 informa sobre el mecanismo que subyace al escupir C. elegans. Las células musculares individuales generalmente se consideran las unidades más pequeñas que las neuronas pueden controlar de forma independiente, pero los hallazgos de los investigadores cuestionan esta suposición. En el caso de escupir, determinaron que las neuronas pueden dirigir subregiones especializadas de una sola célula muscular para generar múltiples movimientos, ampliando nuestra comprensión de cómo las neuronas controlan las células musculares para moldear el comportamiento.
Una lombriz escupe después de estar expuesta al peróxido de hidrógeno de sabor desagradable producido por la luz brillante. Crédito: Steve Sando
"Steve hizo el notable descubrimiento de que la contracción de una pequeña región de una célula muscular en particular puede desacoplarse de la contracción del resto de la misma célula", dice H. Robert Horvitz, profesor de biología David H. Koch en la [Contenido incrustado]
Después de unirse al proyecto, Sando descubrió que los gusanos no eructaban ni seguían masticando. En cambio, las "bombas de explosión" impulsaban el material en la dirección opuesta, fuera de la boca hacia el entorno local, en lugar de retroceder más hacia la faringe y el intestino. En otras palabras, la luz de mal sabor provocó que los gusanos escupieran. Luego, Sando pasó años persiguiendo a sus sujetos alrededor del microscopio con una luz brillante y registrando sus acciones en cámara lenta, con el fin de identificar los circuitos neuronales y los movimientos musculares necesarios para este comportamiento.
“El descubrimiento de que los gusanos escupían nos sorprendió bastante, porque la boca parecía moverse igual que cuando mastica”, dice Sando. "Resulta que realmente necesitabas acercarte y ralentizar las cosas para ver qué está pasando, porque los animales son muy pequeños y el comportamiento está sucediendo muy rápido".
Para analizar lo que está sucediendo en la faringe para producir este movimiento de escupir, los investigadores utilizaron un pequeño rayo láser para extirpar quirúrgicamente células nerviosas y musculares individuales de la boca y discernir cómo eso afectó el comportamiento del gusano. También monitorearon la actividad de las células en la boca marcándolas con proteínas “informadoras” fluorescentes especialmente diseñadas.
Vieron que mientras el gusano come, tres células musculares hacia la parte frontal de la faringe llamadas pm3 se contraen y se relajan juntas en pulsos sincrónicos. Pero tan pronto como el gusano tiene un sabor ligero, las subregiones de estas células individuales más cercanas a la parte frontal de la boca se bloquean en un estado de contracción, abriendo la parte frontal de la boca y permitiendo que el material sea expulsado. Esto invierte la dirección del flujo del material ingerido y convierte la alimentación en escupir.
El equipo determinó que este fenómeno de "desacoplamiento" está controlado por una sola neurona en la parte posterior de la boca del gusano. Llamada M1, esta célula nerviosa estimula un influjo localizado de calcio en el extremo frontal del músculo pm3 probablemente responsable de desencadenar las contracciones subcelulares.
M1 transmite información importante como una centralita. Recibe señales entrantes de muchas neuronas diferentes y transmite esa información a los músculos involucrados en escupir. Sando y su equipo sospechan que la fuerza de la señal entrante puede sintonizar el comportamiento del gusano en respuesta al sabor de la luz. Por ejemplo, sus hallazgos sugieren que un sabor repugnante provoca un enjuague vigoroso de la boca, mientras que una sensación levemente desagradable hace que el gusano escupe más suavemente, lo suficiente para expulsar el contenido.
En el futuro, Sando cree que el gusano podría usarse como modelo para estudiar cómo las neuronas activan las subregiones de las células musculares para contraer y dar forma al comportamiento, un fenómeno que sospechan que ocurre en otros animales, posiblemente incluidos los humanos.
"Básicamente, hemos encontrado una nueva forma para que una neurona mueva un músculo", dice Sando. “Las neuronas orquestan los movimientos de los músculos, y esta podría ser una nueva herramienta que les permita ejercer un tipo de control sofisticado. Eso es muy emocionante ".
Referencia: "Un motivo de circuito de reloj de arena transforma un programa motor a través de la señalización y contracción del calcio muscular localizado subcelularmente" por Steven R Sando, Nikhil Bhatla, Eugene LQ Lee y H Robert Horvitz, 2 de julio de 2021, ELIFE.
DOI: 10.7554 / eLife.59341
Artículo publicado originalmente AQUÍ
