Ang pangunahing neuron na kumokontrol sa paggalaw sa mga uod ay natuklasan, mahalaga para sa paggamot ng 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 pag-unlad ng robotics.

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

Mahalaga para sa mga uod na gumapang patungo sa mga pinagmumulan ng pagkain at mabilis na umatras mula sa panganib. Ang pag-uugali na ito, kung saan ang dalawang aksyon ay kapwa eksklusibo, ay tipikal para sa maraming mga hayop, kabilang ang mga tao, na hindi maaaring umupo at tumakbo sa parehong oras.

Matagal nang naniniwala ang mga siyentipiko na ang pagkontrol sa paggalaw sa mga bulate ay nagagawa sa pamamagitan ng simpleng pakikipag-ugnayan ng dalawang neuron: AVA at AVB. Ang una ay naisip na magsulong ng paatras na paggalaw, ang huli ay pasulong na paggalaw, na ang bawat isa ay pumipigil sa isa upang kontrolin ang direksyon ng paggalaw.

Gayunpaman, hinahamon ng bagong data mula sa koponan ni Zhen ang pananaw na ito, na nagpapakita ng mas kumplikadong pakikipag-ugnayan kung saan gumaganap ng dalawahang papel ang AVA neuron. Hindi lamang 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 isang maayos na paglipat pabalik sa pasulong na paggalaw.

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

"Mula sa pananaw ng engineering, ito ay isang napakatipid na disenyo," sabi ni Zheng, isang propesor ng molecular genetics sa Temerty School of Medicine ng University of Toronto. "Ang malakas, matagal na pagsugpo sa feedback loop ay nagbibigay-daan sa hayop na tumugon sa mga masamang kondisyon at makatakas. Kasabay nito, ang control neuron ay patuloy na nagbobomba ng patuloy na gas sa forward loop upang lumipat sa mga ligtas na lokasyon."

Si Jun Meng, isang dating mag-aaral ng doktor sa lab ni Zheng na nanguna sa pag-aaral, ay nagsabi na ang pag-unawa 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, pati na rin para sa pananaliksik sa mga neurological disorder.

Ang pagtuklas ng nangingibabaw na papel ng AVA neuron ay nag-aalok ng mga bagong insight sa neural circuitry na pinag-aralan ng mga siyentipiko mula noong pagdating ng modernong genetika mahigit kalahating siglo na ang nakalipas. Matagumpay na nagamit ng lab ni Zheng ang makabagong teknolohiya upang 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 ng Unibersidad ng Toronto, ay binibigyang-diin ang kahalagahan ng interdisciplinary na pakikipagtulungan sa pag-aaral na ito. Si Meng ay nagsagawa ng mga pangunahing eksperimento, at ang mga de-koryenteng pag-record mula sa mga neuron ay isinagawa ni Bin Yu, isang PhD na mag-aaral sa lab ng Shangbang Gao sa Huazhong University of Science and Technology sa China.

Si Tosif Ahmed, isang dating postdoctoral fellow sa lab ni Zheng at ngayon ay isang Theory Fellow sa HHMI's Janelia Research Campus sa US, ang namuno sa mathematical modelling na mahalaga para sa pagsubok ng mga hypotheses at pagkakaroon ng mga bagong insight.

Ang AVA at AVB ay may iba't ibang mga saklaw ng potensyal na lamad at dynamics. Pinagmulan: Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adk0002

Ang mga natuklasan ng pag-aaral ay nagbibigay ng isang pinasimple na modelo para sa pag-aaral kung paano maaaring pamahalaan ng mga neuron ang maramihang mga tungkulin sa kontrol ng paggalaw - isang konsepto na maaari ding ilapat sa mga kondisyon ng neurological ng tao.

Halimbawa, ang dalawahang tungkulin ng AVA ay nakasalalay sa potensyal na elektrikal nito, na kinokontrol ng mga channel ng ion sa ibabaw nito. Sinisiyasat na ni Zheng 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 ipaalam ang disenyo ng mas adaptive at mahusay na mga robotic system na may kakayahang magsagawa ng mga kumplikadong paggalaw.

"Mula sa mga pinagmulan ng modernong agham hanggang sa makabagong pananaliksik ngayon, ang mga modelong organismo tulad ng C. elegans ay may mahalagang papel sa pag-alis ng pagiging kumplikado ng ating mga biological system," sabi ni Anne-Claude Gingras, direktor ng Lunenfeld-Tanenbaum Research Institute at vice president ng pananaliksik sa Sinai Health. "Ang pag-aaral 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."