Hoofdneuron dat beweging regelt in ontdekte wormen, belangrijk voor de behandeling van mensen
Laatst beoordeeld: 14.06.2024
Alle iLive-inhoud wordt medisch beoordeeld of gecontroleerd op feiten om zo veel mogelijk feitelijke nauwkeurigheid te waarborgen.
We hebben strikte richtlijnen voor sourcing en koppelen alleen aan gerenommeerde mediasites, academische onderzoeksinstellingen en, waar mogelijk, medisch getoetste onderzoeken. Merk op dat de nummers tussen haakjes ([1], [2], etc.) klikbare links naar deze studies zijn.
Als u van mening bent dat onze inhoud onjuist, verouderd of anderszins twijfelachtig is, selecteert u deze en drukt u op Ctrl + Enter.
Onderzoekers van Sinai Health en de Universiteit van Toronto hebben een mechanisme ontdekt in het zenuwstelsel van de kleine rondworm C. Elegans dat aanzienlijke gevolgen zou kunnen hebben voor de behandeling van ziekten bij de mens en de ontwikkeling van robotica.
De studie, geleid door Mei Zhen en haar collega's van het Lunenfeld-Tanenbaum Research Institute, werd gepubliceerd in Science Advances en onthult de sleutelrol van een specifiek neuron genaamd AVA bij het beheersen van het vermogen van de worm om te schakelen tussen vooruit en achteruit bewegen.
Het is uiterst belangrijk dat wormen naar voedselbronnen kruipen en zich snel terugtrekken uit gevaar. Dit gedrag, waarbij twee acties elkaar uitsluiten, is typerend voor veel dieren, inclusief mensen, die niet tegelijkertijd kunnen zitten en rennen.
Wetenschappers hebben lang geloofd dat bewegingscontrole bij wormen wordt bereikt door eenvoudige wederzijdse acties van twee neuronen: AVA en AVB. Men dacht dat de eerstgenoemde de achterwaartse beweging bevorderde en de laatstgenoemde de voorwaartse beweging, waarbij de een de ander onderdrukte om de richting van de beweging te controleren.
Nieuwe gegevens van het team van Zhen betwisten dit idee echter en onthullen een complexere interactie waarbij het AVA-neuron een dubbele rol speelt. Het stopt niet alleen onmiddellijk de voorwaartse beweging door de AVB te onderdrukken, maar handhaaft ook de langdurige AVB-stimulatie om een soepele overgang terug naar voorwaartse beweging te garanderen.
Deze bevinding benadrukt het vermogen van het AVA-neuron om bewegingen nauwkeurig te controleren via verschillende mechanismen, afhankelijk van verschillende signalen en op verschillende tijdschalen.
"Vanuit technisch oogpunt is dit een zeer kosteneffectief ontwerp", zegt Zhen, hoogleraar moleculaire genetica aan de Temerty Faculteit der Geneeskunde van de Universiteit van Toronto. "Door een sterke en aanhoudende onderdrukking van het feedbackcircuit kunnen dieren reageren op ongunstige omstandigheden en ontsnappen. Tegelijkertijd blijft het controleneuron constant gas leveren aan het voorwaartse circuit om naar veilige plaatsen te gaan."
Jun Meng, een voormalige promovendus in het laboratorium van Zhen die het onderzoek leidde, zei dat begrijpen hoe dieren overgaan tussen dergelijke tegengestelde motorische toestanden de sleutel is tot begrip van hoe dieren bewegen, en tot onderzoek naar neurologische aandoeningen. p>
De ontdekking van de dominante rol van het AVA-neuron biedt nieuw inzicht in de neurale circuits die wetenschappers bestuderen sinds de komst van de moderne genetica, meer dan een halve eeuw geleden. Het laboratorium van Zhen heeft met succes geavanceerde technologie gebruikt om de activiteit van individuele neuronen nauwkeurig te moduleren en gegevens van levende wormen in beweging vast te leggen.
Zhen, tevens hoogleraar cel- en systeembiologie aan de Faculteit der Kunsten en Wetenschappen van de Universiteit van Toronto, benadrukt het belang van interdisciplinaire samenwerking in dit onderzoek. Meng voerde de belangrijkste experimenten uit en de elektrische opnames van de neuronen werden uitgevoerd door Bing Yu, Ph.D., een student in het laboratorium van Shanban Gao aan de Huazhong Universiteit voor Wetenschap en Technologie in China.
Tosif Ahmed, een voormalig postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Zhen en nu een theoretisch onderzoeker op de HHMI Janelia Research Campus in de Verenigde Staten, leidde de wiskundige modellering die belangrijk was voor het testen van hypothesen en het genereren van nieuwe kennis.
AVA en AVB hebben verschillende membraanpotentiaalbereiken en dynamieken. Bron: Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adk0002
De onderzoeksresultaten bieden een vereenvoudigd model voor het bestuderen van hoe neuronen meerdere rollen bij bewegingscontrole kunnen orkestreren, een concept dat kan worden toegepast op menselijke neurologische aandoeningen.
De dubbele rol van AVA hangt bijvoorbeeld af van zijn elektrische potentieel, dat wordt gereguleerd door ionkanalen op het oppervlak. Zhen onderzoekt al hoe vergelijkbare mechanismen betrokken kunnen zijn bij een zeldzame aandoening die bekend staat als het CLIFAHDD-syndroom, veroorzaakt door mutaties in vergelijkbare ionkanalen. De nieuwe bevindingen kunnen ook informatie opleveren voor de ontwikkeling van meer adaptieve en efficiënte robotsystemen die complexe bewegingen kunnen uitvoeren.
"Vanaf de oorsprong van de moderne wetenschap tot het baanbrekende onderzoek van vandaag spelen modelorganismen zoals C. Elegans een belangrijke rol bij het ontsluiten van de complexiteit van onze biologische systemen", zegt Anne-Claude Gingras, directeur van het Lunenfeld-Tanenbaum Research Institute en vice-president door onderzoek bij Sinai Health. "Dit onderzoek is een geweldig voorbeeld van hoe we van eenvoudige dieren kunnen leren en die kennis kunnen toepassen om de geneeskunde en technologie vooruit te helpen."