0.9 C
Brüsszel
Szerda február 8, 2023

Az MIT feltárja: Hogyan integrálják az idegrendszerek a környezetet és az állapotot a viselkedés szabályozása érdekében

NYILATKOZAT: A cikkekben közölt információk és vélemények az azokat közölők sajátjai, és ez a saját felelősségük. A The European Timesban való megjelenés nem jelenti automatikusan a nézet jóváhagyását, hanem a kifejezés jogát.

SciTech Daily
SciTech Dailyhttps://www.scitechdaily.com
A SciTechDaily a legjobb intelligens, tájékozott tudományos és technológiai lefedettséget és elemzést kínálja, amelyet napi szinten találhat, nagyszerű írók és kiváló kutatóintézetek hatalmas választékát szerezve.
codeimg 5 – Az MIT feltárja: Hogyan integrálják az idegrendszerek a környezetet és az állapotot a viselkedés szabályozása érdekében

Az MIT új kutatása feltárja, hogy a környezet és az állapot hogyan integrálódik a viselkedés szabályozásába. Részletesen megvizsgálták azokat a mechanizmusokat, amelyek szabályozzák egyetlen szaglóreceptor szintjét a szaglósejtek egyetlen neuronjában. C. elegans féreg a folyamatban lévő állapot és a tapasztalt ingerek alapján.


Egy egyszerű állatmodell megmutatja, hogy az olyan ingerek és állapotok, mint a szagok, stresszorok és jóllakottság hogyan konvergálnak egy szaglóneuronban, hogy irányítsák az élelmiszer-kereső viselkedést.

Képzeld el, hogy egy pékséggel szemben laksz. Néha éhes vagy, és ezért kísértést érez, amikor aromák áradnak be az ablakon. Máskor azonban a jóllakottság érdektelenné teszi. Néha problémamentesnek tűnik a felbukkanás, de néha ott van a rosszindulatú exed. Az agyad számos befolyást mérlegel annak meghatározásában, hogy mit fogsz tenni.



Ennek példáját egy sokkal egyszerűbb állatban részletezzük egy új MIT tanulmány. Rávilágít egy potenciálisan alapvető elvre, hogy az idegrendszerek hogyan integrálnak több tényezőt az élelmiszer-kereső magatartás irányításához.

Minden állatnak közös a kihívása, hogy viselkedésük megfogalmazásakor mérlegelje a különféle szenzoros jeleket és belső állapotokat, de a tudósok keveset tudnak arról, hogy ez valójában hogyan történik. Mély betekintést nyerni, a The Picower Institute for Learning and Memory székhelyű kutatócsoport a C. elegans féreg, amelynek jól meghatározott viselkedési állapotai és 302 sejtes idegrendszere legalábbis kezelhetővé teszi az összetett problémát. Egy esettanulmányból derült ki, hogy egy kulcsfontosságú szaglóneuronban, az AWA-ban számos állapot- és szenzoros információforrás konvergál, hogy egymástól függetlenül lefojtsák egy kulcsfontosságú szagreceptor kifejezését. A receptor bőségére gyakorolt ​​hatásuk integrálása határozza meg, hogy az AWA hogyan irányítja az élelemért való barangolást.

svg%3E - Az MIT feltárja: Hogyan integrálják az idegrendszerek a környezetet és az állapotot a viselkedés szabályozása érdekében

Az AWA neuron a féreg agyától az orráig húzódik. Egy új tanulmány kimutatta, hogy az agy számos belső állapotot és szenzoros jelet irányít ehhez a neuronhoz, ami befolyásolja a szagreceptorok kifejeződését. Ezeknek a hatásoknak az összessége diktálja az élelmiszer-kereső magatartást. Köszönetnyilvánítás: Ian McLachlan/The Picower Institute


"Ebben a tanulmányban azokat a mechanizmusokat boncolgattuk, amelyek egyetlen szaglóneuronban egyetlen szaglóreceptor szintjét szabályozzák, a folyamatban lévő állapot és az állatok által tapasztalt ingerek alapján" - mondja Steven Flavell, a vezető szerző, a Lister Brothers docense, az MIT Tanszékén. Agy- és kognitív tudományok. "Ha megértjük, hogyan megy végbe az integráció egy sejtben, az utat mutat majd annak általánosságában, hogyan történhet meg más férgek neuronjaiban és más állatokban."

Ian McLachlan, az MIT posztdoktora vezette a tanulmányt, amely nemrég jelent meg a folyóiratban eLife. Azt mondta, hogy a csapat nem feltétlenül tudta, mit fognak megtudni, amikor elkezdték.

"Meglepődve tapasztaltuk, hogy az állat belső állapotai ilyen hatással lehetnek a génexpresszióra az érzékszervi neuronok szintjén – lényegében az éhség és a stressz okozta változásokat abban, ahogyan az állat érzékeli a külvilágot azáltal, hogy megváltoztatta az érzékszervi neuronok reakcióját." mondja. „Izgatottan vártuk azt is, hogy a kemoreceptorok expressziója nem csak egy bemenettől függ, hanem a külső környezet, a táplálkozási állapot és a stresszszint összességétől is függ. Ez egy új módja annak, hogy gondolkodjunk arról, hogyan kódolják az állatok versengő állapotokat és ingereket az agyukban.”

Valójában McLachlan, Flavell és csapatuk nem kifejezetten az AWA neuront vagy a specifikus szagló kemoreceptort, az STR-44-et keresték. Ehelyett ezek a célpontok az általuk összegyűjtött elfogulatlan adatokból derültek ki, amikor megvizsgálták, hogy mely gének expressziója változott meg leginkább, amikor a férgeket három órán keresztül távol tartották a tápláléktól, ahhoz képest, amikor jól táplálták őket. Kategóriaként számos kemoszenzoros receptor génjei óriási különbségeket mutattak. Az AWA olyan neuronnak bizonyult, amely sok ilyen felszabályozott gént tartalmaz, és ezek között különösen kiemelkedőnek bizonyult két receptor, az STR-44 és az SRD-28.


Ez az eredmény önmagában azt mutatta, hogy egy belső állapot (éhség) befolyásolta a receptor expresszió mértékét egy szenzoros neuronban. McLachlan és szerzőtársai ezután be tudták mutatni, hogy az STR-44 expressziója egymástól függetlenül is változott egy stresszt okozó vegyi anyag jelenléte, a különféle ételszagok alapján, valamint attól, hogy a féreg részesült-e az étel evéséből származó anyagcsere előnyeiben. A szerzőtársnő, Talya Kramer, végzős hallgató által vezetett további tesztek feltárták, hogy mely szagok váltják ki az STR-44-et, lehetővé téve a kutatók számára, hogy bemutassák, hogy az STR-44 expressziójának változásai az AWA-n belül hogyan befolyásolják közvetlenül az élelmiszer-kereső magatartást. Még több kutatás azonosította azokat a pontos molekuláris és áramköri módokat, amelyek révén ezek a változó jelek eljutnak az AWA-ba, és hogyan hatnak a sejten belül az STR-44 expressziójának megváltoztatására.

Például egy kísérletben McLachlan és Flavell csapata kimutatta, hogy bár a táplált és az éhes férgek is a receptorok kedvenc szagához kínoznának, ha elég erősek lennének, csak az éheztetett férgek (amelyek a receptor nagyobb részét fejezik ki) képesek észlelni a gyengébb koncentrációt. Egy másik kísérletben azt találták, hogy míg az éhes férgek lelassítják az evést, amikor elérik a táplálékforrást, még akkor is, ha a jól táplált férgek elhaladnak mellettük, az STR-44 mesterséges túlzott expressziójával a jól táplált férgeket a koplalt férgekhez hasonló működésre késztethetik. Az ilyen kísérletek bebizonyították, hogy az STR-44 expressziós változásai közvetlen hatással vannak a táplálékkeresésre.

Más kísérletek azt mutatták, hogy több tényező is nyomja és húzza az STR-44-et. Például azt találták, hogy amikor hozzáadtak egy vegyszert, amely megterheli a férgeket, az még éhezett férgek esetében is lelassította az STR-44 expresszióját. Később pedig kimutatták, hogy ugyanaz a stresszor elnyomta a férgek késztetését, hogy az STR-44 által reagáló szag felé kínlódjanak. Így, ahogyan azt is elkerülheti, hogy az orrával a pékség felé kövessön, még ha éhes is, ha meglátja ott exét, a férgek mérlegelik a stresszforrásokat az éhségükhöz képest, amikor eldöntik, hogy közeledjenek-e az ételhez. A tanulmány azt mutatja meg, hogy ezek a különböző jelzések és állapotok hogyan nyomják és vonják az STR-44 kifejezést az AWA-ban.

Számos más kísérlet is megvizsgálta a féreg idegrendszerének útjait, amelyek érzékszervi, éhségérzetet és aktív étkezési jelzéseket adnak az AWA-nak. Malvika Dua műszaki asszisztens segített feltárni, hogy más élelmiszer-érzékelő neuronok hogyan befolyásolják az STR-44 expresszióját az AWA-ban inzulin jelátvitelen és szinaptikus kapcsolatokon keresztül. Az arra vonatkozó jelzések, hogy a féreg aktívan eszik-e, a bélben lévő neuronoktól érkeznek, amelyek a TORC2 nevű molekuláris tápanyag-érzékelőt használják. Ezek és a stressz-detektáló útvonal mind a FOXO-ra hatnak, amely a génexpresszió szabályozója. Más szóval, az összes bemenet, amely befolyásolja az STR-44 expresszióját az AWA-ban, ugyanazt a molekuláris kart egymástól függetlenül megnyomta és húzta.

Flavell és McLachlan megjegyzi, hogy az olyan útvonalak, mint az inzulin és a TORC2, nemcsak más férgek szenzoros neuronjaiban vannak jelen, hanem sok más állatban is, beleértve az embert is. Ezen túlmenően, az AWA-n kívül több neuronban is az éhezés fokozta az érzékszervi receptorok szabályozását. Ezek az átfedések arra utalnak, hogy az AWA-ban felfedezett információintegrációs mechanizmus valószínűleg más neuronokban és talán más állatokban is szerepet játszik, mondja Flavell.

McLachlan hozzáteszi, hogy a tanulmányból származó alapvető ismeretek segíthetnek abban, hogy a TORC2-n keresztüli bél-agy jelátvitel hogyan működik az emberekben.

„Ez a bél-agy jelátvitel egyik fő útja C. elegans, és remélem, hogy ennek végső soron transzlációs jelentősége lesz az emberi egészség szempontjából” – mondja McLachlan.

Hivatkozás: Ian G McLachlan, Talya S Kramer, Malvika Dua, Elizabeth M DiLoreto, Matthew A Gomes, Ugur Dag, Jagan Srinivasan és Steven W Flavell, 31: „A változatos állapotok és ingerek hangolják a szaglóreceptor expressziós szintjeit az élelmiszer-kereső viselkedés módosítására” 2022. augusztus, eLife.
DOI: 10.7554/eLife.79557


McLachlan, Flavell, Kramer és Dua mellett a lap további szerzői Matthew Gomes és Ugur Dag, az MIT-től, valamint Elizabeth DiLoreto és Jagan Srinivasan a Worcesteri Polytechnic Institute-tól.

A JPB Alapítvány, a National Institutes of Health, a National Science Foundation, a McKnight Alapítvány és az Alfred P. Sloan Alapítvány finanszírozta a tanulmányt.

- Reklám -

Még több a szerzőtől

- Reklám -
- Reklám -
- Reklám -
- Reklám - spot_img

Muszáj elolvasni

Legfrissebb cikkek