Master neuron na kumokontrol sa paggalaw ng mga uod na natuklasan, mahalaga para sa paggamot sa mga tao

Natuklasan ng mga mananaliksik mula sa Sinai Health at University of Toronto ang isang mekanismo sa nervous system ng maliit na roundworm na C. Elegans na maaaring magkaroon ng makabuluhang implikasyon para sa paggamot ng mga sakit ng tao at pagbuo ng robotics.

Ang pag-aaral, na pinangunahan ni Mei Zhen at ng kanyang mga kasamahan sa Lunenfeld-Tanenbaum Research Institute, ay na-publish sa Science Advances at inilalantad ang mahalagang papel ng isang partikular na neuron na tinatawag AVA sa pagkontrol sa kakayahan ng uod na lumipat sa pagitan ng pasulong at paatras.

Napakahalaga para sa mga uod na gumapang patungo sa mga pinagmumulan ng pagkain at mabilis na umatras mula sa panganib. Ang pag-uugaling ito, kapag ang dalawang aksyon ay magkahiwalay, ay tipikal ng maraming hayop, kabilang ang mga tao, na hindi maaaring umupo at tumakbo nang sabay.

Matagal nang naniniwala ang mga siyentipiko na ang pagkontrol sa paggalaw sa mga uod ay nagagawa sa pamamagitan ng simpleng magkaparehong pagkilos ng dalawang neuron: AVA at AVB. Ang una ay naisip na nagtataguyod ng paatras na kilusan at ang huli ay sa pasulong na paggalaw, na pinipigilan ng bawat isa ang isa upang kontrolin ang direksyon ng paggalaw.

Gayunpaman, hinahamon ng bagong data mula sa koponan ni Zhen ang ideyang ito, na nagpapakita ng mas kumplikadong pakikipag-ugnayan kung saan gumaganap ng dalawahang papel ang AVA neuron. Hindi lang ito agad na huminto sa pasulong na paggalaw sa pamamagitan ng pagsugpo sa AVB, ngunit pinapanatili din nito ang pangmatagalang pagpapasigla ng AVB upang matiyak ang maayos na paglipat pabalik sa pasulong na paggalaw.

Ang paghahanap na ito ay nagha-highlight sa kakayahan ng AVA neuron na maayos na kontrolin ang paggalaw sa pamamagitan ng iba't ibang mekanismo depende sa iba't ibang signal at sa iba't ibang sukat ng oras.

"Mula sa isang engineering point of view, ito ay isang napaka-cost-effective na disenyo," sabi ni Zhen, isang propesor ng molecular genetics sa Temerty Faculty of Medicine sa University of Toronto. "Ang malakas at matagal na pagsugpo sa circuit ng feedback ay nagbibigay-daan sa mga hayop na tumugon sa hindi kanais-nais na mga kondisyon at makatakas. Kasabay nito, ang control neuron ay patuloy na nagbibigay ng patuloy na gas sa forward circuit upang lumipat sa mga ligtas na lugar."

Si Jun Meng, isang dating mag-aaral ng doktor sa lab ni Zhen na nanguna sa pag-aaral, ay nagsabi na ang pag-unawa sa kung paano lumipat ang mga hayop sa pagitan ng mga magkasalungat na estado ng motor ay susi sa pag-unawa kung paano gumagalaw ang mga hayop, gayundin ang pagsasaliksik sa mga neurological disorder. p>

Ang pagtuklas sa nangingibabaw na papel ng AVA neuron ay nag-aalok ng bagong insight sa neural circuitry na pinag-aaralan ng mga scientist mula nang dumating ang modernong genetics mahigit kalahating siglo na ang nakalipas. Matagumpay na nagamit ng lab ni Zhen ang advanced na teknolohiya para tumpak na baguhin ang aktibidad ng mga indibidwal na neuron at magtala ng data mula sa mga live worm na gumagalaw.

Si Zhen, isa ring propesor ng cell at systems biology sa Faculty of Arts and Sciences sa University of Toronto, ay binibigyang-diin ang kahalagahan ng interdisciplinary collaboration sa pananaliksik na ito. Isinagawa ni Meng ang mga pangunahing eksperimento, at ang mga electrical recording ng mga neuron ay isinagawa ni Bing Yu, Ph.D., isang estudyante sa lab ni Shanban Gao sa Huazhong University of Science and Technology sa China.

Si Tosif Ahmed, isang dating postdoctoral fellow sa lab ni Zhen at ngayon ay isang theoretical fellow sa HHMI Janelia Research Campus sa United States, ang nanguna sa mathematical modelling na mahalaga para sa pagsubok ng mga hypotheses at pagbuo ng bagong kaalaman.

Ang AVA at AVB ay may magkaibang mga saklaw at dynamics ng potensyal na lamad. Pinagmulan: Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adk0002

Ang mga resulta ng pag-aaral ay nagbibigay ng pinasimpleng modelo para sa pag-aaral kung paano nagagawa ng mga neuron ang maraming tungkulin sa pagkontrol sa paggalaw, isang konsepto na maaaring ilapat sa mga kondisyon ng neurological ng tao.

Halimbawa, nakadepende ang dalawahang tungkulin ng AVA sa potensyal na elektrikal nito, na kinokontrol ng mga channel ng ion sa ibabaw nito. Sinisiyasat na ni Zhen kung paano maaaring kasangkot ang mga katulad na mekanismo sa isang bihirang kondisyon na kilala bilang CLIFAHDD syndrome, sanhi ng mga mutasyon sa mga katulad na channel ng ion. Ang mga bagong natuklasan ay maaari ring magbigay-alam sa pagbuo ng higit pang adaptive at mahusay na mga robotic system na may kakayahang magsagawa ng mga kumplikadong paggalaw.

"Mula sa pinagmulan ng modernong agham hanggang sa makabagong pananaliksik ngayon, ang mga modelong organismo gaya ng C. Elegans ay may mahalagang papel sa pag-unlock sa pagiging kumplikado ng ating mga biological system," sabi ni Anne-Claude Gingras, direktor ng Lunenfeld-Tanenbaum Research Institute at bise presidente sa pamamagitan ng pananaliksik sa Sinai Health. "Ang pananaliksik na ito ay isang magandang halimbawa kung paano tayo matututo mula sa mga simpleng hayop at mailalapat ang kaalamang iyon sa pagsulong ng medisina at teknolohiya."