HSN Neuron odkrywa tajemnice zachowania

streszczenie: Nowe badania skupiają się na neuronach HSN C. elegans, dostarczając wglądu w różnorodność poszczególnych neuronów w zachowaniach kierujących. Neuron ten zarządza szeregiem działań, od natychmiastowego złożenia jaj po określenie prędkości robaka po złożeniu jaj.

Kluczem do tej kontroli jest transfer i „pożyczanie” serotoniny pomiędzy neuronami. Odkrycia mogą mieć wpływ na nasze zrozumienie roli serotoniny w wielu schorzeniach psychicznych.

Kluczowe fakty:

1. Neuron HSN u C. elegans uwalnia liczne substancje chemiczne, kierując różnorodnymi zachowaniami, od składania jaj po poruszanie się i późniejsze zwalnianie.
2. W szczególności neurony mogą „pożyczać” od siebie serotoninę, aby wpływać na zachowanie, co jest nowym spostrzeżeniem o potencjalnych implikacjach medycznych.
3. Badanie potwierdza, że ​​pojedynczy neuron może wykorzystywać wiele systemów neuroprzekaźników, wraz z morfologią komórkową i niekonwencjonalnymi drogami transportu, do radzenia sobie ze złożonymi zachowaniami.

źródło: Picower Instytut Uczenia się i Pamięci

Nowe badanie MIT skupiające się na pojedynczej komórce w jednym z najprostszych układów nerwowych w naturze dostarcza dogłębnej ilustracji tego, w jaki sposób poszczególne neurony wykorzystują wiele środków do kierowania złożonymi zachowaniami.

w C. elegancja Robak, który zawiera tylko 302 neurony, HSN uwalnia liczne substancje chemiczne i tworzy wiele połączeń na swojej długości, aby nie tylko kontrolować natychmiastowe składanie jaj i ruch zwierzęcia, ale także spowalniać ruch robaka na kilka minut po złożeniu jaj. . Aby kontrolować ten końcowy etap zachowania, HSN przekazuje neuroprzekaźnik serotoninę do innego neuronu, który ponownie go uruchamia, aby po kilku minutach wpłynąć na zachowanie.

„Nasze wyniki pokazują, jak pojedynczy neuron może wpływać na szeroki zakres zachowań przez wiele okresów czasu i pokazują, że neurony mogą „pożyczać” od siebie serotoninę, aby kontrolować zachowanie” – napisali naukowcy w swoim artykule. Aktualna biologia.

Głównym autorem badania jest Stephen Flavell, profesor nadzwyczajny w Instytucie Uczenia się i Pamięci Picower oraz na Wydziale Nauk o Mózgu i Kognitywistyce. Pierwszym autorem badania jest postdoc Yung-Chi Huang.

Zapracowana komórka nerwowa

Kiedy zbliżaliśmy się do badania, połączenia HSN z innymi neuronami zostały już zmapowane (C. elegancja Jest to jedyne zwierzę, u którego znana jest pełna sieć neuronowa pomiędzy neuronami.) Wiąże się to również ze składaniem jaj. Tymczasem laboratorium Flavella zaobserwowało, że kiedy robaki składają jaja, pędzą przez obszary pożywienia niczym rolnik prowadzący traktor, który rozprowadza nasiona po żyznej glebie.

Co więcej, naukowcy zaobserwowali, że po wyeliminowaniu HSN robaki nie wykazują charakterystycznego zachowania żywieniowego polegającego na spowolnieniu i żerowaniu na kawałkach pożywienia.

Jednak to, w jaki sposób ten pojedynczy neuron miał tak pozornie sprzeczny wpływ na zachowanie (składanie jaj, przyspieszanie w tym celu, a następnie zwalnianie) pozostawało tajemnicą. Zespół Flavella i Huanga wykorzystał szeroką gamę technik i eksperymentów, aby odkryć, w jaki sposób HSN spełnia swoje liczne funkcje.

Aby udowodnić, że HSN rzeczywiście odgrywa przyczynową rolę w kontrolowaniu tych zachowań, manipulowali aktywnością neuronów za pomocą optogenetyki – techniki, w której komórki są modyfikowane genetycznie tak, aby były kontrolowane przez błyski światła. Oprócz potwierdzenia kluczowej roli HSN w składaniu jaj, te i inne eksperymenty z manipulacją genetyczną potwierdziły również, że HSN powoduje, że robak przyspiesza, a następnie, po serii wędrówek i składania jaj, spowalnia go na kilka minut.

Laboratorium śledziło także aktywność elektryczną HSN podczas tych zachowań (poprzez śledzenie przepływu jonów wapnia w komórce podczas swobodnego poruszania się zwierząt) i stwierdziło, że określone wzorce aktywności komórek są powiązane ze składaniem i ruchem jaj.

Wiele metod molekularnych

Po potwierdzeniu, że HSN powoduje trzy istotne zachowania, laboratorium skupiło się na tym, jak to się dzieje.

Wiadomo, że HSN uwalnia szeroką gamę substancji chemicznych będących neuroprzekaźnikami, w tym serotoninę, acetylocholinę i kilka peptydów. Wiadomo, że uwalnianie przez nią serotoniny i neuropeptydu zwanego NLP-3 powoduje składanie jaj.

Aby ustalić, w jaki sposób neuron umożliwia szybki ruch, zespół systematycznie dezaktywował każdy neuroprzekaźnik z HSN, a następnie stymulował HSN, aby sprawdzić, czy robaki mogą przyspieszyć, gdy HSN nie będzie już mógł wytwarzać tej czy innej substancji chemicznej. Eksperymenty wykazały, że HSN prowadzi do zwiększonej lokomocji poprzez uwalnianie dwóch neuropeptydów, zwanych FLP-2 i FLP-28.

Tymczasem inaktywacja serotoniny w HSN zakłóciła powolne zachowanie robaka. Inne eksperymenty pokazały, jak to zrobić. Zespół Flavella badał wcześniej neuron NSM i wykazał, że wykorzystuje on serotoninę podczas żerowania robaka, aby zahamować obwody motoryczne i spowolnić ruch robaka podczas posiłku. W tym badaniu zespół wykazał, że działanie NSM zależy od podaży serotoniny pochodzącej z HSN. Na przykład, gdy HSN nie był w stanie wyprodukować serotoniny, NSM nie był w stanie również spowolnić robaków.

Zespół wykazał ponadto, że NSM wykorzystuje transporter serotoniny SERT (zwany MOD-5 w… C. elegancja), aby wchłonąć serotoninę HSN i ponownie ją uwolnić. Pokazało to, że neurony serotoninergiczne mogą gromadzić i dzielić się między sobą serotoniną, co ma bezpośredni wpływ na zachowanie zwierząt – stwierdził Flavell.

Wracając do anatomii HSN, zespół odkrył, że kontrola ruchu i składanie jaj zachodzą wzdłuż różnych punktów aksonu HSN. Ciało komórki HSN znajduje się w środku ciała zwierzęcia. Tworzy synapsy z obwodem składania jaj w środku ciała, a następnie jego akson kieruje się do głowy, tworząc synapsy z innymi neuronami.

Przecięcie aksonu HSN pomiędzy środkiem tułowia a głową nie zakłócało składania jaj przez zwierzę, ale uniemożliwiało koordynację składania jaj i poruszania się, co sugeruje, że projekcja HSN na głowę koordynuje działanie HSN na obwód składania jaj z jego wpływ na obwód lokomocyjny.

Ogólnie rzecz biorąc, badanie wykazało, że HSN wykorzystuje na różne sposoby kilka równoległych sygnałów wyjściowych neuroprzekaźników do kontrolowania zachowania zwierząt.

„Nasze wyniki pokazują, jak kształt komórki, wiele systemów transmisji i nieklasyczne tryby transmisji, takie jak „pożyczanie” neuroprzekaźników, dają pojedynczemu neuronowi zdolność koordynowania wielu cech programu behawioralnego” – napisali autorzy.

Tymczasem odkrycie, że neurony mogą wchłaniać i ponownie uwalniać serotoninę wytwarzaną przez inne neurony w celu kontrolowania zachowania, ujawnia nową cechę sygnalizacji serotoninowej, która może mieć ważne implikacje medyczne – powiedział Flavell.

Cząsteczka wychwytująca zwrotnie serotoninę, SERT/MOD-5, jest celem specyficznych inhibitorów wychwytu zwrotnego serotoniny (SSRI), takich jak Prozac. Badanie to wskazuje na możliwość, że SSRI wpływają na wzajemne oddziaływanie neuronów serotoninowych, co może mieć znaczenie dla ich działania w leczeniu szerokiego zakresu zaburzeń psychicznych.

Oprócz Huanga i Flavella, pozostałymi autorami artykułu są Jinyu Luo, Wenjia Huang, Casey Baker, Matthew Gomez, Bohan Meng i Alexandra Byrne.

Finansowanie: Narodowy Instytut Zdrowia, Narodowa Fundacja Nauki, Fundacja McKnighta, Fundacja Alfreda P. Sloana, Instytut Nauki i Pamięci Picower oraz Fundacja JPB przyczyniły się do sfinansowania badania.

O tym newsie z badań neurologicznych

autor: Davida Ornsteina
źródło: Picower Instytut Uczenia się i Pamięci
Komunikacja: David Orenstein – Picower Instytut Uczenia się i Pamięci
zdjęcie: Zdjęcie przypisane Neuroscience News

Oryginalne wyszukiwanie: Otwarty dostęp.
„Pojedynczy neuron u C. elegans koordynuje wiele sygnałów motorycznych poprzez równoległe tryby transmisji„Stephen Flavell i in. Aktualna biologia

podsumowanie

Pojedynczy neuron u C. elegans koordynuje wiele sygnałów motorycznych poprzez równoległe tryby transmisji

Przegląd najważniejszych wydarzeń

• Neuron HSN wywołuje ostre składanie jaj i prędkość, a także długotrwałe spowolnienie
• HSN kontroluje składanie jaj i prędkość za pomocą odrębnych nadajników i przedziałów
• HSN promuje długotrwałe spowolnienie poprzez uwalnianie serotoniny
• Serotonina HSN jest ponownie wchłaniana i ponownie uwalniana przez neurony NSM, co powoduje spowolnienie

streszczenie

Zwierzęta generują szeroką gamę wysoce skoordynowanych wyjść motorycznych, umożliwiając im wykonywanie celowych zachowań. Poszczególne neurony w obwodach generujących zachowania mają niezwykłą zdolność do plastyczności, ponieważ wykazują liczne projekcje aksonów, systemy transmisji i wzorce aktywności neuronowej. Nie wiadomo, w jaki sposób te wielofunkcyjne właściwości umożliwiają neuronom generowanie zachowań adaptacyjnych.

Tutaj pokazujemy, że neurony HSN istnieją C. elegancja Wywołuje wiele programów motorycznych w różnych odstępach czasu, aby umożliwić szereg zmian behawioralnych podczas składania jaj.

Korzystanie z zaburzeń aktywności HSN i Na żywo Korzystając z obrazowania wapniowego, pokazujemy, że HSN gwałtownie zwiększa składanie jaj i poruszanie się, jednocześnie kierując zwierzęta w kierunku zachowań mieszkaniowych przy niskiej prędkości w ciągu minut.

W ostrym wpływie HSN na składanie jaj i szybkie przemieszczanie się pośredniczą oddzielne zestawy przekaźników HSN i różne przedziały aksonalne HSN. Długoterminowy wpływ na działanie przeciwbólowe wynika częściowo z uwalniania serotoniny przez HSN, która jest wychwytywana i ponownie uwalniana przez NSM, inną klasę neuronów serotoninergicznych, które bezpośrednio pobudzają działanie przeciwbólowe.

Nasze wyniki pokazują, jak wielofunkcyjne właściwości pojedynczego neuronu pozwalają mu stymulować skoordynowany zestaw zachowań, a także pokazują, że neurony mogą pożyczać od siebie serotoninę, aby kontrolować zachowanie.