Картирование сотовых цепей за плевком у C. Elegans


Более десяти лет исследователям известно, что аскариды. Caenorhabditis elegans может обнаруживать и избегать коротковолнового света, несмотря на отсутствие глаз и молекул, поглощающих свет, необходимых для зрения. Будучи аспирантом лаборатории Хорвица, Нихил Бхатла предложил объяснение этой способности. Он заметил, что воздействие света не только заставляет червей ускользать, но и побуждает их перестать есть. Эта подсказка привела его к серии исследований, которые показали, что его извивающиеся субъекты вообще не видели свет – они обнаруживали производимые им вредные химические вещества, такие как перекись водорода. Вскоре после этого лаборатория Хорвица поняла, что черви не только пробуют на вкус неприятные химические вещества, выделяемые светом, но и выплевывают их.

Итак, в исследовании, недавно опубликованном в электронная жизнь, группа, возглавляемая бывшим аспирантом Стивом Сандо, сообщает о механизме, лежащем в основе C. elegans. Отдельные мышечные клетки обычно считаются наименьшими единицами, которыми нейроны могут управлять независимо, но результаты исследователей ставят под сомнение это предположение. В случае плевка они определили, что нейроны могут направлять специализированные субрегионы одной мышечной клетки для генерации множественных движений, расширяя наше понимание того, как нейроны контролируют мышечные клетки, чтобы формировать поведение.

«Стив сделал замечательное открытие, что сокращение небольшой области определенной мышечной клетки может быть отделено от сокращения остальной части той же самой клетки», – говорит Х. Роберт Хорвиц, профессор биологии Дэвида Х. Коха в Массачусетском технологическом институте. член Института исследования мозга Макговерна и Института интегративных исследований рака Коха, исследователь Медицинского института Говарда Хьюза и старший автор исследования. «Более того, Стив обнаружил, что такие субклеточные мышечные компартменты могут контролироваться нейронами, чтобы резко изменить поведение».

Круглые черви похожи на пылесосы, которые копошатся и собирают бактерии. Рот червя, также известный как глотка, представляет собой мышечную трубку, которая захватывает пищу, пережевывает ее, а затем передает ее в кишечник посредством серии «перекачивающих» сокращений.


Исследователям уже более десяти лет известно, что черви убегают от ультрафиолета, фиолетового или синего света. Но Бхатла обнаружил, что этот свет также прерывает постоянную работу глотки, потому что вкус, производимый светом, настолько неприятен, что черви прекращают кормление. Присмотревшись, Бхатла заметил, что реакция червей на самом деле была весьма нюансированной. После первоначальной паузы глотка на короткое время снова начинает качать кровь короткими импульсами, прежде чем полностью остановиться – почти как червь немного жевал даже после того, как попробовал неприятный свет. Иногда пузырек вырывался изо рта, как отрыжка.

После того, как он присоединился к проекту, Сандо обнаружил, что черви не отрыгивают и не продолжают жевать. Вместо этого «взрывные насосы» перемещали материал в противоположном направлении, изо рта в окружающую среду, а не дальше обратно в глотку и кишечник. Другими словами, неприятный на вкус свет заставлял червей плеваться. Затем Сандо провел годы, преследуя своих испытуемых вокруг микроскопа при ярком свете и записывая их действия в замедленном движении, чтобы точно определить нейронные схемы и движения мышц, необходимые для этого поведения.

«Открытие того, что черви плюются, было для нас весьма неожиданным, потому что казалось, что рот двигается так же, как и во время жевания», – говорит Сандо. «Оказывается, вам действительно нужно было увеличивать и замедлять изображения, чтобы увидеть, что происходит, потому что такие маленькие, а поведение происходит так быстро».

Чтобы проанализировать, что происходит в глотке и вызывает это движение, исследователи использовали крошечный лазерный луч, чтобы хирургическим путем удалить отдельные нервные и мышечные клетки изо рта и определить, как это повлияло на поведение червя. Они также контролировали активность клеток во рту, помечая их специально разработанными флуоресцентными «репортерными» белками.

Они увидели, что пока червь ест, три мышечных клетки в передней части глотки, называемые pm3, сокращаются и расслабляются синхронными импульсами. Но как только червь ощущает легкий вкус, части этих отдельных клеток, расположенные ближе всего к передней части рта, становятся заблокированными в состоянии сокращения, открывая переднюю часть рта и позволяя материалу вытесняться наружу. Это меняет направление потока проглоченного материала и превращает подачу в плевки.