Простая модель животного показывает, как среда и внутреннее состояние интегрируются для контроля поведения

Новое исследование MIT на примере простого животного — червя C. elegans — раскрывает фундаментальный принцип работы нервной системы: как она интегрирует множество факторов для управления поиском пищи.

Ключевое открытие

Внутренние состояния (голод, стресс) и внешние сигналы (запахи) конвергируют на одной обонятельной нейроне AWA, независимо регулируя экспрессию ключевого хеморецептора STR-44. Уровень этого рецептора определяет, как червь ищет еду.

Как это обнаружили

  • Независимый подход: Учёные сравнили экспрессию генов у червей, лишённых пищи 3 часа, и у сытых. Сильнее всего менялись гены хемосенсорных рецепторов.
  • Цель — нейрон AWA: В этом нейроне было много upregulated генов, особенно рецепторов STR-44 и SRD-28.

Влияние на поведение

  • Голод: Голодные черви (с повышенной экспрессией STR-44) чувствовали более слабые концентрации привлекательного запаха, чем сытые.
  • Искусственная экспрессия: Если искусственно повысить уровень STR-44 у сытых червей, они начинали вести себя как голодные (замедлялись у еды).
  • Стресс: Химический стрессор подавлял экспрессию STR-44 даже у голодных червей и снижал их стремление двигаться к запаху. Это показывает, как червь взвешивает голод и стресс при принятии решения.

Молекулярные пути интеграции

Несколько независимых сигналов сходятся на нейроне AWA, чтобы регулировать STR-44:

  1. Сенсорные сигналы от других нейронов, чувствующих пищу — через инсулиновую сигнализацию и синаптические связи.
  2. Сигнал о приёме пищи из нейронов кишечника — через молекулярный нутриент-сенсор TORC2.
  3. Сигналы стресса — через отдельный путь.

Все эти пути действуют на общий молекулярный «рычаг» — регулятор экспрессии генов FOXO в нейроне AWA.

Широкое значение

  • Пути инсулина и TORC2 консервативны и присутствуют у многих животных, включая человека.
  • Голод повышал экспрессию рецепторов и в других нейронах, кроме AWA.
  • Это указывает, что открытый механизм интеграции информации в одной клетке может быть общим принципом работы нервных систем.

«Понимание того, как интеграция происходит в одной клетке, укажет путь к пониманию того, как это может происходить в целом, в других нейронах червя и у других животных», — Стивен Флавелл, старший автор.

«Это новый способ думать о том, как животные кодируют конкурирующие состояния и стимулы в своих мозгах», — Ян Маклахлан, ведущий автор.

2022-09-07