Как червь C. elegans совершает разворот: роль одного нейромедиатора

Новое исследование учёных из Медицинской школы Университета Массачусетса на уровне отдельных клеток показало, как внешний стимул запускает молекулярную цепную реакцию у прозрачного круглого червя C. elegans. Оказалось, что единый нейромедиатор координирует и задаёт время для двух отдельных действий. Работа проливает свет на то, как нейроны преобразуют сенсорный сигнал в действие, и может помочь понять, как сбой в работе нейронов способствует моторным симптомам при неврологических заболеваниях, например, болезни Паркинсона. Результаты опубликованы в PLOS Biology.

C. elegans движется, попеременно расслабляя и сокращая вентральные и дорсальные мышцы по бокам тела. Лёгкое прикосновение к голове червя запускает реакцию избегания: он прекращает движение головой и быстро отползает назад, после чего совершает глубокий вентральный разворот, чтобы уползти в противоположном направлении.

Известно, что в этой реакции участвует тирамин — моноаминовый нейромедиатор, аналог норадреналина у человека. Пара тираминергических моторных нейронов червя высвобождает тирамин, который через быстродействующий ионный канал LGC-55 подавляет движение вперёд и расслабляет мышцы шеи. Однако как координируется этот этап с последующим глубоким разворотом, было неизвестно.

Ключевые открытия:

• Учёные обнаружили, что паралич червя на поверхности с высокой концентрацией тирамина можно преодолеть, мутировав ген, кодирующий G-белок-сопряжённый рецептор SER-2.
• Рецептор SER-2 активен в 13 нейронах вентрального нервного тяжа, чьи синапсы связаны с соответствующими вентральными мышечными клетками на одной стороне тела.
• Один и тот же нейромедиатор тирамин, отвечающий за начальную фазу реакции, также активирует медленный рецептор SER-2. Его активация подавляет высвобождение нейромедиатора GABA и способствует сокращению вентральных мышц, позволяя червю завершить разворот.

Вывод: Тирамин действует через разные рецепторы для создания сложного поведения, требующего временной координации независимых моторных программ. Быстрый ионотропный рецептор LGC-55 отвечает за прекращение движения и отползание назад, а медленный метаботропный рецептор SER-2 — за завершение разворот. Такая координация через разные рецепторы одним нейромедиатором аналогична адренергической сигнализации у млекопитающих и может быть общей стратегией для организации поведенческих реакций у разных организмов.