Первая полная схема нервной системы животного

Исследователи из Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна опубликовали в Nature первую полную схему связей (коннектом) нервной системы животного — круглого червя Caenorhabditis elegans. Работа включает взрослых особей обоих полов и выявляет существенные различия между ними.

Это достижение стало крупной вехой в области коннектомики — картирования нейронных связей для поиска конкретных цепей, ответственных за определённое поведение.

"Структура всегда центральна в биологии. Структура ДНК показала, как работают гены, структура белков — как функционируют ферменты. Теперь структура нервной системы показывает, как ведут себя животные и как нарушения связей приводят к болезням", — говорит руководитель исследования Скотт Эммонс.

Гипотеза о том, что некоторые неврологические и психические расстройства (шизофрения, аутизм) являются "коннектопатиями" (проблемами "неправильной проводки"), усиливается находками, что несколько психических расстройств связаны с мутациями в генах, определяющих связи.

Модельный организм

C. elegans — идеальная модель из-за простоты:

  • Размер взрослой особи — 1 мм.
  • Нервная система состоит из 302 нейронов у гермафродита/самки и 385 у самца.
  • Это первый многоклеточный организм с полностью расшифрованным геномом.

Исследование Эммонса основано на пионерской работе нобелевского лауреата Сидни Бреннера. В 1986 году его лаборатория (под руководством Джона Уайта) опубликовала первую карту нервной системы C. elegans, созданную вручную на основе тысяч последовательных электронных микрофотографий. Эта 20-летняя работа, известная как "The Mind of a Worm", положила начало коннектомике, но карта была неполной и включала только гермафродита.

Новое исследование

Команда Эммонса проанализировала как старые, так и новые микрофотографии, используя специальное ПО, чтобы создать полные схемы связей для взрослых особей обоих полов. Диаграммы включают:

Ключевой вывод: хотя синаптические пути у двух полов в целом схожи, многие синапсы различаются по силе.

  • Основные различия связаны с репродуктивными функциями (мускулатура матки у самки, дополнительные нейроны и мышцы для копуляции у самца).
  • Неожиданно большое количество синапсов в центральных путях, общих для обоих полов, также значительно различаются по силе.

Эти сети служат основой для расшифровки нейронного контроля поведения червя. Поскольку нервная система круглого червя содержит многие из тех же молекул, что и человеческая, её изучение помогает понять нашу собственную.

Сейчас доктор Эммонс изучает, как коннектом круглого червя закодирован в его геноме.