Hringormar breyta flæði efnis inn og út úr munni þeirra til að bregðast við skæru ljósi og sýna nýja leið fyrir taugafrumur til að stjórna vöðvafrumum.
Hringorminn C. elegans skortir augu og ljósgleypandi sameindir sem þarf til að sjá. Samt getur það skynjað viðbjóðsleg bragðefni sem ljósið framleiðir og hættir að borða. Vísindamenn MIT rannsökuðu C. elegans til að finna út hvaða taugakerfi og vöðvahreyfingar sem þarf til að spýta. Inneign: Raleigh McElvery
Í meira en áratug hafa vísindamenn vitað að hringormurinn Caenorhabditis elegans geta greint og forðast ljós með stuttri bylgjulengd, þrátt fyrir skort á augum og ljósgleypandi sameindir sem þarf til að sjá. Sem framhaldsnemi í Horvitz rannsóknarstofunni lagði Nikhil Bhatla fram skýringu á þessum hæfileika. Hann tók eftir því að útsetning fyrir ljósi gerði ormunum ekki aðeins til að hrökklast í burtu, heldur varð það líka til þess að þeir hættu að borða. Þessi vísbending leiddi hann að röð rannsókna sem bentu til þess að viðfangsefni hans sem tróðust sáu alls ekki ljósið - þeir voru að greina skaðleg efni sem það framleiddi, eins og vetnisperoxíð. Skömmu síðar áttaði Horvitz rannsóknarstofan sér að ormar smakka ekki aðeins viðbjóðsleg efni sem ljósið myndar, þeir spýta þeim líka út.
Nú, í rannsókn sem birt var í eLife, teymi undir forystu nýútskrifaðs námsmanns Steve Sando PhD '20 greinir frá aðferðinni sem liggur að baki spýtingu í C.elegans. Almennt er litið á einstakar vöðvafrumur sem minnstu einingar sem taugafrumur geta stjórnað sjálfstætt, en niðurstöður vísindamannanna draga þessa forsendu í efa. Þegar um spýtingu var að ræða, ákváðu þeir að taugafrumur geta stýrt sérhæfðum undirsvæðum einni vöðvafrumu til að mynda margar hreyfingar - aukið skilning okkar á því hvernig taugafrumur stjórna vöðvafrumum til að móta hegðun.
Hringormur spýtir eftir að hann verður fyrir bragðdaufa vetnisperoxíði sem framleitt er af skæru ljósi. Inneign: Steve Sando
„Steve gerði þá ótrúlegu uppgötvun að hægt er að aftengja samdrátt á litlu svæði tiltekinnar vöðvafrumu frá samdrætti restarinnar af sömu frumu,“ segir H. Robert Horvitz, David H. Koch prófessor í líffræði við [Embed efni]
Eftir að hann gekk til liðs við verkefnið uppgötvaði Sando að ormarnir voru hvorki að grenja né halda áfram að maula. Þess í stað voru „sprungudælurnar“ að keyra efni í gagnstæða átt, út úr munninum inn í nærumhverfið, frekar en lengra aftur í kok og þarma. Með öðrum orðum, bragðvont ljósið olli ormum að spýta. Sando eyddi síðan árum í að elta viðfangsefni sín í kringum smásjána með björtu ljósi og skrá aðgerðir þeirra í hægfara hreyfingum, til að finna út hvaða taugarásir og vöðvahreyfingar eru nauðsynlegar fyrir þessa hegðun.
„Uppgötvunin að ormarnir spýttu kom okkur nokkuð á óvart, því munnurinn virtist hreyfast alveg eins og þegar hann tyggur,“ segir Sando. „Það kemur í ljós að þú þurftir virkilega að þysja inn og hægja á hlutunum til að sjá hvað er að gerast, því dýrin eru svo lítil og hegðunin gerist svo hratt.“
Til að greina hvað er að gerast í kokinu til að framleiða þessa spýtandi hreyfingu notuðu vísindamennirnir lítinn leysigeisla til að fjarlægja einstakar tauga- og vöðvafrumur úr munninum með skurðaðgerð og greina hvernig það hafði áhrif á hegðun ormsins. Þeir fylgdust einnig með virkni frumanna í munni með því að merkja þær með sérhönnuðum flúrljómandi „fréttamanna“ próteinum.

Þeir sáu að á meðan ormurinn borðar dragast þrjár vöðvafrumur framan í kokið sem kallast pm3s saman og slaka á saman í samstilltum púlsum. En um leið og ormurinn bragðast létt, þá lokast undirsvæði þessara einstöku frumna sem eru næst framan munninum í samdrætti sem opnar framan munninn og gerir efni kleift að knýjast út. Þetta snýr stefnu flæðis inntöku efnisins við og breytir fóðrun í spýtingu.
Teymið ákvað að þessu „aftengingar“ fyrirbæri er stjórnað af einni taugafrumu aftast í munni ormsins. Þessi taugafruma, sem er kölluð M1, örvar staðbundið innstreymi kalsíums við framenda pm3 vöðvans sem líklega er ábyrgur fyrir því að hrinda undirfrumusamdrættinum af stað.
M1 miðlar mikilvægum upplýsingum eins og skiptiborði. Það tekur við boðum frá mörgum mismunandi taugafrumum og sendir þær upplýsingar til vöðva sem taka þátt í spýtingu. Sando og teymi hans grunar að styrkur merkja sem berast geti stillt hegðun ormsins til að bregðast við því að bragða ljós. Til dæmis benda niðurstöður þeirra til þess að viðbjóðslegt bragð kalla fram kröftugan skolun á munninum, en vægast sagt óþægileg tilfinning veldur því að orminn spýtir varlega, bara nógu mikið til að kasta innihaldinu út.
Í framtíðinni telur Sando að orminn gæti verið notaður sem fyrirmynd til að rannsaka hvernig taugafrumur kveikja á undirsvæðum vöðvafrumna til að þrengjast saman og móta hegðun - fyrirbæri sem þeir gruna að eigi sér stað í öðrum dýrum, mögulega þar með talið mönnum.
„Við höfum í rauninni fundið nýja leið fyrir taugafrumu til að hreyfa vöðva,“ segir Sando. „Taugafrumur skipuleggja hreyfingar vöðva og þetta gæti verið nýtt tæki sem gerir þeim kleift að beita háþróaðri tegund af stjórn. Það er frekar spennandi."
Tilvísun: „Stundaglas hringrás mótíf umbreytir hreyfiprógrammi með undirfrumu staðbundnum vöðvakalsíumboðum og samdrætti“ eftir Steven R Sando, Nikhil Bhatla, Eugene LQ Lee og H Robert Horvitz, 2. júlí 2021, eLife.
DOI: 10.7554/eLife.59341
Grein upphaflega birt HÉR