Les ascaris modifient le flux de matière entrant et sortant de leur bouche en réponse à une lumière vive, révélant une nouvelle façon pour les neurones de contrôler les cellules musculaires.
Le ver rond C. elegans manque d'yeux et des molécules absorbant la lumière nécessaires pour voir. Pourtant, il peut détecter les produits chimiques au goût désagréable produits par la lumière et arrête de manger. Les scientifiques du MIT ont étudié C. elegans afin d'identifier les circuits neuronaux et les mouvements musculaires nécessaires pour cracher. Crédit : Raleigh McElvery
Depuis plus d'une décennie, les chercheurs savent que le ver rond Caenorhabditis elegans peut détecter et éviter la lumière à courte longueur d'onde, malgré l'absence d'yeux et des molécules absorbant la lumière nécessaires à la vue. En tant qu'étudiant diplômé du laboratoire Horvitz, Nikhil Bhatla a proposé une explication à cette capacité. Il a observé que l'exposition à la lumière non seulement faisait se tortiller les vers, mais les incitait également à arrêter de manger. Cet indice l'a conduit à une série d'études qui suggéraient que ses sujets se tortillant ne voyaient pas du tout la lumière - ils détectaient les produits chimiques nocifs qu'elle produisait, comme le peroxyde d'hydrogène. Peu de temps après, le laboratoire d'Horvitz s'est rendu compte que les vers non seulement goûtent les substances chimiques désagréables générées par la lumière, mais qu'ils les crachent également.
Maintenant, dans une étude publiée dans eLife, une équipe dirigée par le récent étudiant diplômé Steve Sando PhD '20 rapporte le mécanisme qui sous-tend le crachat dans C. elegans. Les cellules musculaires individuelles sont généralement considérées comme les plus petites unités que les neurones peuvent contrôler indépendamment, mais les résultats des chercheurs remettent en question cette hypothèse. Dans le cas du crachat, ils ont déterminé que les neurones peuvent diriger des sous-régions spécialisées d'une seule cellule musculaire pour générer plusieurs mouvements, ce qui élargit notre compréhension de la façon dont les neurones contrôlent les cellules musculaires pour façonner le comportement.
Un ver rond crache après avoir été exposé au peroxyde d'hydrogène au goût désagréable produit par la lumière vive. Crédit : Steve Sando
« Steve a fait la découverte remarquable que la contraction d'une petite région d'une cellule musculaire particulière peut être découplée de la contraction du reste de la même cellule », déclare H. Robert Horvitz, professeur de biologie David H. Koch à [Contenu intégré]
Après avoir rejoint le projet, Sando a découvert que les vers ne rotaient ni ne continuaient à grignoter. Au lieu de cela, les « pompes à rafale » chassaient le matériau dans la direction opposée, de la bouche vers l'environnement local, plutôt que de revenir plus loin dans le pharynx et l'intestin. En d'autres termes, la lumière au mauvais goût faisait cracher les vers. Sando a ensuite passé des années à poursuivre ses sujets autour du microscope avec une lumière vive et à enregistrer leurs actions au ralenti, afin de localiser les circuits neuronaux et les mouvements musculaires nécessaires à ce comportement.
« La découverte que les vers crachaient était assez surprenante pour nous, car la bouche semblait bouger comme elle le fait lorsqu'elle mâche », dit Sando. « Il s'avère que vous deviez vraiment zoomer et ralentir les choses pour voir ce qui se passe, car les animaux sont si petits et le comportement se produit si rapidement. »
Pour analyser ce qui se passe dans le pharynx pour produire ce mouvement de crachat, les chercheurs ont utilisé un minuscule faisceau laser pour retirer chirurgicalement des cellules nerveuses et musculaires individuelles de la bouche et discerner comment cela affectait le comportement du ver. Ils ont également surveillé l'activité des cellules dans la bouche en les marquant avec des protéines « reporter » fluorescentes spécialement conçues.
Ils ont vu que pendant que le ver mange, trois cellules musculaires situées à l'avant du pharynx, appelées pm3s, se contractent et se détendent ensemble par des impulsions synchrones. Mais dès que le ver goûte la lumière, les sous-régions de ces cellules individuelles les plus proches de l'avant de la bouche se bloquent dans un état de contraction, ouvrant l'avant de la bouche et permettant au matériau d'être propulsé. Cela inverse le sens du flux de la matière ingérée et convertit l'alimentation en crachats.
L'équipe a déterminé que ce phénomène de « découplage » est contrôlé par un seul neurone à l'arrière de la bouche du ver. Appelée M1, cette cellule nerveuse stimule un afflux localisé de calcium à l'extrémité avant du muscle pm3 probablement responsable du déclenchement des contractions subcellulaires.
M1 relaie des informations importantes comme un standard téléphonique. Il reçoit des signaux entrants de nombreux neurones différents et transmet ces informations aux muscles impliqués dans le crachat. Sando et son équipe soupçonnent que la force du signal entrant peut ajuster le comportement du ver en réponse à la lumière gustative. Par exemple, leurs découvertes suggèrent qu'un goût répugnant provoque un rinçage vigoureux de la bouche, tandis qu'une sensation légèrement désagréable fait cracher le ver plus doucement, juste assez pour éjecter le contenu.
À l'avenir, Sando pense que le ver pourrait être utilisé comme modèle pour étudier comment les neurones déclenchent des sous-régions des cellules musculaires pour se contracter et façonner le comportement - un phénomène qu'ils soupçonnent de se produire chez d'autres animaux, y compris peut-être les humains.
"Nous avons essentiellement trouvé une nouvelle façon pour un neurone de déplacer un muscle", explique Sando. « Les neurones orchestrent les mouvements des muscles, et cela pourrait être un nouvel outil leur permettant d'exercer un contrôle sophistiqué. C'est assez excitant.
Référence : « Un motif de circuit de sablier transforme un programme moteur via une signalisation et une contraction du calcium musculaire localisée sous-cellulaire » par Steven R Sando, Nikhil Bhatla, Eugene LQ Lee et H Robert Horvitz, 2 juillet 2021, eLife.
DOI : 10.7554/eLife.59341
Article initialement publié ICI
