Амита Сегал, доктор философии , профессор нейробиологии Медицинской школы Перельмана Пенсильванского университета, описывает в книге «Клетка» цепь в мозгу плодовых мушек, которая контролирует их повседневное ритмическое поведение во время отдыха и активности. Новое исследование также показало, что муховая версия белка человеческого мозга, известного как рилизинг-фактор кортикотропина (CRF), является основной координирующей молекулой в этой цепи. Fly CRF, называемый DH44, необходим для циклов отдыха / активности и вырабатывается в клетках, которые получают входные данные от тактовых ячеек в мозгу мух. У млекопитающих CRF секретируется ритмично и управляет экспрессией глюкокортикоидов, таких как кортизол, и связан со стрессом и тревогой.
Модель циркадной выходной цепи для локомоторных ритмов. Изображено одно полушарие мозга мухи. Цепь простирается от главных пейсмекерных клеток, называемых s-LNvs (красный), через другие клетки, называемые DN1 (оранжевый), и до различных типов клеток pars intercerebralis (синий), которые модулируют локомоторные ритмы посредством высвобождения молекулы DH44.
Даниэль Кавано. Медицинский факультет Перельмана, Пенсильванский университет
Ссылки по теме
Медицинский факультет Перельмана при Пенсильванском университете
Система здравоохранения Пенсильванского университета
Модели животных, такие как мухи, помогают заполнить пробелы в современных знаниях о том, как работает мозг, отмечает Сегал. Действительно, по ее словам, инициатива «Исследования мозга посредством продвижения инновационных нейротехнологий» (BRAIN), проект Национального института здоровья, включает изучение простых моделей на животных, которые, как ожидается, дадут более подробное представление о функциях мозга.
Хотя о клеточных и молекулярных компонентах часов известно многое, связи, которые связывают часовые клетки с явным поведением, таким как поведение в состоянии покоя / активности, не были идентифицированы. «Это исследование, по сути, представляет собой эксперимент с картой схем», - говорит Сегал, который также является исследователем в Медицинском институте Говарда Хьюза (HHMI). Как и люди, мухи активны в течение дня - ходят, летают, кормятся и спариваются - и большую часть ночи проводят во сне.
«Мы провели скрининг нейронов, имеющих отношение к циркадным ритмам, в мозге мух и обнаружили, что клетки pars intercerebralis - мухи версии гипоталамуса млекопитающих - составляют важный компонент пути циркадного выброса для ритмов покоя / активности у мух», Сегал говорит. Гипоталамус млекопитающих - это нейроэндокринная структура, которая регулирует сон, циркадные ритмы, питание и обмен веществ.
Команда Пенна произвела случайное нацеливание на клетки, активировав нейрональное возбуждение с помощью трансгена, разработанного для этой цели, чтобы увидеть, какие клетки важны для активного / покоя. Они обнаружили, что клетки в pars intercerebralis (PI) необходимы для ритмического поведения, а PI-клетки связаны с часовыми клетками через цепь, по крайней мере, из двух синапсов.
Молекулярное профилирование PI-клеток позволило идентифицировать версию DH44 у мух как циркадную молекулу, которая специфически экспрессируется нейронами PI и необходима для нормальных ритмов покоя / активности у мух. И когда ученые выборочно активировали или удалили только шесть клеток PI, положительных по DH44, циклы активности мух стали нерегулярными. Другими словами, мухи больше не ограничивали свой сон темнотой, а свою активность светом, а вместо этого демонстрировали более случайное распределение этого поведения.
Соавторы: Дэниел Дж. Кавано, Джилл Д. Гератовски, Джулиан Р. А. Вултортон, Дженнифер М.
Спетлинг, Сянчжун Чжэн и Джеймс Х. Эбервин, все из Пенсильвании, а также Клэр Э. Гектор и Эрик К. Джонсон из Университета Уэйк Форест.
Это исследование частично финансируется Национальным институтом неврологических расстройств и инсульта (2R01NS048471) и HHMI.
