蛔虫响应强光改变了进出嘴巴的物质流动，揭示了神经元控制肌肉细胞的新方法。
蛔虫 C. elegans 缺乏眼睛和看东西所需的吸光分子。 然而，它可以感知光产生的令人讨厌的化学物质，并停止进食。 麻省理工学院的科学家研究了秀丽隐杆线虫，以查明吐痰所需的神经回路和肌肉运动。 学分：罗利麦克埃尔弗里
十多年来，研究人员已经知道蛔虫 秀丽隐杆线虫 尽管缺乏眼睛和视力所需的吸光分子，但它可以检测和避开短波光。 作为 Horvitz 实验室的一名研究生，Nikhil Bhatla 对这种能力提出了解释。 他观察到光照不仅使蠕虫蠕动，而且还促使它们停止进食。 这条线索使他进行了一系列研究，这些研究表明，他蠕动的受试者根本没有看到光——他们正在检测它产生的有毒化学物质，比如过氧化氢。 不久之后，霍维茨实验室意识到蠕虫不仅会尝到光产生的令人讨厌的化学物质，还会把它们吐出来。
现在，在发表于 e生活，由最近的研究生 Steve Sando PhD '20 领导的团队报告了吐痰的机制 秀丽隐杆线虫. 单个肌肉细胞通常被认为是神经元可以独立控制的最小单位，但研究人员的发现对这一假设提出了质疑。 在吐痰的情况下，他们确定神经元可以指导单个肌肉细胞的特定子区域产生多种运动——扩展了我们对神经元如何控制肌肉细胞以塑造行为的理解。
蛔虫暴露于强光产生的难闻的过氧化氢后会吐口水。 学分：史蒂夫桑多
“史蒂夫做出了一项了不起的发现，即特定肌肉细胞的一小部分区域的收缩可以与同一细胞其余部分的收缩分离，”大卫 H. 科赫生物学教授 H. Robert Horvitz 说。 [嵌入的内容]
加入该项目后，Sando 发现这些蠕虫既不打嗝也不继续咀嚼。 取而代之的是，“爆裂泵”以相反的方向推动物质从口腔进入局部环境，而不是进一步回到咽部和肠道。 换句话说，味道不好的光线会导致蠕虫吐口水。 然后，Sando 花了数年时间用明亮的光线在显微镜下追逐他的受试者，并以慢动作记录他们的动作，以精确定位这种行为所需的神经回路和肌肉运动。
“蠕虫会吐痰的发现让我们感到非常惊讶，因为嘴巴似乎在像咀嚼时一样在移动，”桑多说。 “事实证明，你真的需要放大和放慢速度，看看发生了什么，因为动物很小，而且行为发生得很快。”
为了分析咽部发生的情况以产生这种吐痰运动，研究人员使用微小的激光束从口腔中手术切除单个神经和肌肉细胞，并了解这如何影响蠕虫的行为。 他们还通过用专门设计的荧光“报告”蛋白标记细胞来监测口腔细胞的活性。
他们看到，当蠕虫进食时，位于咽部前部的三个肌肉细胞称为 pm3s，以同步脉冲收缩和放松。 但是，一旦蠕虫尝到清淡的味道，这些最靠近嘴前部的单个细胞的子区域就会被锁定在收缩状态，从而张开嘴巴的前部并允许物质被推出。 这会反转摄入材料的流动方向，并将喂食转换为吐痰。
研究小组确定，这种“解耦”现象是由蠕虫口腔后部的单个神经元控制的。 这种称为 M1 的神经细胞刺激 pm3 肌肉前端的局部钙内流，这可能是触发亚细胞收缩的原因。
M1 像配电盘一样传递重要信息。 它接收来自许多不同神经元的传入信号，并将该信息传输到参与吐痰的肌肉。 Sando 和他的团队怀疑传入信号的强度可以调整蠕虫对品尝光的反应。 例如，他们的研究结果表明，令人反感的味道会引起强烈的漱口，而轻微的不愉快感觉会导致蠕虫更轻柔地吐痰，足以排出内容物。
未来，Sando 认为这种蠕虫可以用作模型来研究神经元如何触发肌肉细胞的子区域收缩和塑造行为——他们怀疑这种现象也发生在其他动物身上，可能包括人类。
“我们基本上已经找到了一种神经元移动肌肉的新方法，”Sando 说。 “神经元协调肌肉的运动，这可能是一种新工具，使它们能够进行复杂的控制。 这相当令人兴奋。”
参考：“沙漏电路基序通过亚细胞定位的肌肉钙信号传导和收缩改变运动程序”，作者：Steven R Sando、Nikhil Bhatla、Eugene LQ Lee 和 H Robert Horvitz，2 年 2021 月 XNUMX 日， e生活.
DOI：10.7554/eLife.59341
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