A hengeres férgek az erős fény hatására megváltoztatják a szájukba be- és kifelé irányuló anyagáramlást, új módot tárva fel az idegsejtek számára az izomsejtek szabályozására.
A C. elegans orsóféregnek nincsenek szemei és a látáshoz szükséges fényelnyelő molekulák. Mégis érzékeli a fény által termelt kellemetlen ízű vegyi anyagokat, és abbahagyja az evést. Az MIT tudósai a C. eleganst tanulmányozták annak érdekében, hogy pontosan meghatározzák a köpéshez szükséges idegi áramköröket és izommozgásokat. Köszönetnyilvánítás: Raleigh McElvery
A kutatók több mint egy évtizede tudják, hogy az orsóféreg Caenorhabditis elegans képes észlelni és elkerülni a rövid hullámhosszú fényt, annak ellenére, hogy nincsenek szemek és a látáshoz szükséges fényelnyelő molekulák. A Horvitz-labor végzős hallgatójaként Nikhil Bhatla magyarázatot javasolt erre a képességre. Megfigyelte, hogy a fény hatására a férgek nem csak kirándultak, hanem az evés abbahagyására is késztette őket. Ez a nyom egy sor tanulmányhoz vezette, amelyek arra utaltak, hogy vergődő alanyai egyáltalán nem látták a fényt – az általuk termelt mérgező vegyi anyagokat, például a hidrogén-peroxidot észlelték. Nem sokkal ezután a Horvitz-laboratórium rájött, hogy a férgek nem csak megkóstolják a fény által generált kellemetlen vegyszereket, hanem ki is köpik azokat.
Most egy ben megjelent tanulmányban eLifeA közelmúltban végzett, Steve Sando PhD '20-as hallgató által vezetett csapat beszámol arról a mechanizmusról, amely a beleköpődés hátterében áll. C.elegans. Az egyes izomsejteket általában a legkisebb egységeknek tekintik, amelyeket a neuronok egymástól függetlenül képesek irányítani, de a kutatók eredményei megkérdőjelezik ezt a feltételezést. A köpködés esetében megállapították, hogy a neuronok egyetlen izomsejt speciális alrégióit irányíthatják több mozgás generálására – ezzel bővítve ismereteinket arról, hogy az idegsejtek miként szabályozzák az izomsejteket a viselkedés alakítása érdekében.
Egy orsóféreg kiköp, miután ki van téve az erős fény által termelt kellemetlen ízű hidrogén-peroxid hatásának. Köszönetnyilvánítás: Steve Sando
„Steve azt a figyelemre méltó felfedezést tette, hogy egy adott izomsejt egy kis régiójának összehúzódása szétválasztható ugyanazon sejt többi részének összehúzódásától” – mondja H. Robert Horvitz, a David H. Koch biológia professzora. [Beágyazott tartalmat]
Miután csatlakozott a projekthez, Sando felfedezte, hogy a férgek nem böfögnek, és nem is csámcsognak tovább. Ehelyett a „robbanó pumpák” az anyagot az ellenkező irányba, a szájból a helyi környezetbe vezették, nem pedig vissza a garatba és a bélbe. Más szóval, a rossz ízű fény hatására a férgek köpködni kezdtek. Sando ezután éveket töltött azzal, hogy erős fénnyel kergette alanyait a mikroszkóp körül, és lassított felvétellel rögzítette a cselekvéseiket, hogy pontosan meghatározza az ehhez a viselkedéshez szükséges idegi áramköröket és izommozgásokat.
„Az a felfedezés, hogy a férgek köpködnek, meglehetősen meglepő volt számunkra, mert úgy tűnt, hogy a száj ugyanúgy mozog, mint rágás közben” – mondja Sando. "Kiderült, hogy valóban nagyítani kellett és le kellett lassítania a dolgokat, hogy lássa, mi történik, mert az állatok olyan kicsik, és a viselkedésük olyan gyorsan történik."
Annak elemzésére, hogy mi történik a garatban a köpködő mozgás előidézéséhez, a kutatók egy apró lézersugárral sebészeti úton eltávolították az egyes ideg- és izomsejteket a szájból, és megtudták, hogy ez hogyan befolyásolta a féreg viselkedését. A szájban lévő sejtek aktivitását is nyomon követték úgy, hogy speciálisan kialakított fluoreszcens „riporter” fehérjékkel jelölték meg őket.
Látták, hogy miközben a féreg eszik, a garat elülső részén lévő három izomsejt, a pm3-ok összehúzódnak, és szinkron impulzusokban ellazulnak. De amint a féregnek könnyű íze van, ezeknek az egyes sejteknek a száj elülső részéhez legközelebb eső alrégiói összehúzódnak, kinyitják a száj elülső részét, és lehetővé teszik az anyag kilökődését. Ez megfordítja a lenyelt anyag áramlási irányát, és a táplálást köpködéssé alakítja.
A csapat megállapította, hogy ezt a „lekapcsolási” jelenséget egyetlen neuron irányítja a féreg szájának hátsó részén. Ez az M1-nek nevezett idegsejt helyi kalcium beáramlást idéz elő a pm3 izom elülső végén, amely valószínűleg felelős a szubcelluláris összehúzódások kiváltásáért.
Az M1 olyan fontos információkat közvetít, mint egy kapcsolótábla. Számos különböző neurontól fogad beérkező jeleket, és továbbítja ezeket az információkat a köpködésben részt vevő izmoknak. Sando és csapata azt gyanítja, hogy a bejövő jel erőssége képes behangolni a féreg viselkedését a fény ízére adott válaszként. Eredményeik például azt sugallják, hogy a lázadó íz erőteljes szájöblítést vált ki, míg az enyhén kellemetlen érzés a féreg finomabb köpését okozza, éppen annyira, hogy kidobja a tartalmat.
A jövőben Sando úgy gondolja, hogy a féreg modellként használható annak tanulmányozására, hogy a neuronok miként váltják ki az izomsejtek alrégióit, hogy összehúzzák és alakítsák a viselkedést – ez a jelenség, amiről azt gyanítják, más állatoknál is előfordul, beleértve az embereket is.
„Lényegében új módot találtunk egy neuron számára az izom mozgatására” – mondja Sando. „A neuronok irányítják az izmok mozgását, és ez egy új eszköz lehet, amely lehetővé teszi számukra, hogy kifinomult irányítást gyakoroljanak. Ez elég izgalmas.”
Hivatkozás: „A homokóra áramkör motívuma a szubcellulárisan lokalizált izomkalcium jelátvitel és összehúzódás révén alakít át egy motoros programot” Steven R. Sando, Nikhil Bhatla, Eugene LQ Lee és H. Robert Horvitz, 2. július 2021. eLife.
DOI: 10.7554/eLife.59341
A cikk eredetileg megjelent ITT
