Refleks bersyarat nematoda terbentuk berdasarkan reseptor insulin • Elena Naimark • Berita sains mengenai "Elemen" • Neurobiologi, Biologi Molekul, Genetik

Refleks yang terkondisi dalam nematoda terbentuk berdasarkan reseptor insulin.

Nemaload – projek kajian kesambungan nematod C. elegans – membantu mengikat semua elemen fungsi peraturan syarafnya. Sementara itu, hanya blok individu berfungsi fungsi sistem saraf nematod. Gambar dari laman web opensourcebrain.org

Ahli neuroscientis Jepun mengkaji pembentukan rasa refleks yang terkondisi (analog memori jangka panjang dan pembelajaran) dari nematoda C. elegans. Ia adalah mungkin untuk mentafsirkan mekanisme biokimia penting refleks ini, mengikuti jalannya dari stereotaip kelakuan yang terbentuk kepada protein pengawalseliaan. Bahagian biokimia tindak balas refleks merangkumi unsur-unsur yang sama dengan mamalia (dan manusia) – protein isyarat spesifik reseptor insulin. Para saintis percaya bahawa ini menjadikan penyelidikan mereka sebagai model yang menjanjikan untuk mempelajari ingatan manusia dan kecacatan yang sepadan.

Hampir tiga puluh tahun yang lalu, di kuliah di fakulti biologi, dikatakan bahawa dalam cacing, seperti pada haiwan yang lebih tinggi, refleks yang dapat dikondisi dapat dibangunkan. Fakta ini dilihat oleh pendengar hampir sebagai mukjizat, dan labirin berbentuk T di mana cacing diuji untuk kehadiran refleks dilihat sebagai tinggi pemikiran kreatif.Selama tiga puluh tahun ini, neurobiologi (dan semua biologi) secara beransur-ansur, tetapi sangat cepat dan kesejahteraan kesejahteraan: Erik Kandel menerima Hadiah Nobel (pada tahun 2000) untuk mengkaji refleks yang dingin dari molusk aply, para ilmuwan berjaya memanjat ke dalam suci suci penghantar saraf – sinaps , dan lain-lain. Sekarang kajian refleks yang berpusat dan, dengan itu, pembelajaran dan ingatan dalam invertebrata yang rendah telah menjadi rutin neurobiologi; banyak cara yang elegan dicipta untuk merumuskan dan menerokai refleks yang mereka kerap (lihat, contohnya berita kami The Locust belajar dengan cara yang sukar, 27 Mac 2006; Flies menyimpan maklumat mengenai "cakera tanggal" 15 Februari 2012; Serangga merasa senang dengan dopamine, seperti mamalia, 08.11.2012). Lebih-lebih lagi, beliau menjadi mampu untuk mentakrifkan mekanisme pembentukan refleks kedua-duanya pada tahap sambungan saraf, dan pada tahap cascades molekul dan gen mengodkannya. Jarak yang dijalani dari maze T ke protein individu yang dimatikan oleh ultraviolet dalam neuron tertentu dalam mutan buatan adalah sangat besar.

Ahli sains dari Universiti Tokyo dan program CREST dari Agensi Sains dan Teknologi Jepun mengambil kesempatan daripada semua teknologi terkini ini.Mereka membentangkan gambarajah kerja refleks yang dikondisi: bagaimana ia bekerja pada tahap selular, saraf, dan molekul. Dalam hasilnya, motif biokimia pembentukan memori jangka panjang muncul.

Mereka bekerja dengan nematod yang terkenal. C. elegans. Nematoda menghasilkan refleks yang berhawa dingin ke hadapan garam. Refleks ini berperanan sebagai satu episod kenangan. Telah diketahui bahawa nematoda bertindak balas terhadap kepekatan tertentu garam dan dapat mengingatnya. Adalah diketahui bahawa ASER neurod (atau ASEL analog kiri) menyediakan penerimaan selera dalam nematoda. Ia juga diketahui bahawa protein litar isyarat daripada PI3K reseptor insulin, yang juga terlibat dalam proses menghafal dan belajar di haiwan yang lebih tinggi, entah bagaimana terlibat dalam proses hafalan. Dengan maklumat ini, kajian itu bermula.

Ini adalah neuron ASEL (ditunjukkan anak panah: di sebelah kiri axon di sebelah kanan badan neuron), diserlahkan oleh protein hijau. Gambar dari artikel A. Vasquez-Rifo et al., 2013. Bagi Kompleks GARP dalam Peraturan Gen Bersepadu MikroRNA

Nematoda ditanam dalam medium dengan garam tertentu, tetapi satu kumpulan diberi makan seperti yang seharusnya, dan yang lain disimpan dalam diet kelaparan. Oleh itu, dalam kumpulan yang cukup makan, satu atau lain garam kepekatan menjadi berkaitan dengan makanan, dan dalam kumpulan yang lapar – dengan kelaparan.Dalam ujian ujian berikutnya, nematoda ditanam dalam dulang dengan kepekatan garam yang tidak seragam: ia secara beransur-ansur berubah dari satu tepi dulang ke yang lain dari rendah (hampir sifar) hingga tinggi. Para saintis hanya dapat melihat ke arah mana nematoda akan pergi – ke tepi dengan kepekatan garam yang rendah atau tinggi.

Nematoda ditanam di persekitaran dengan tiga kepekatan garam yang berlainan, dengan satu kumpulan nematoda yang diberi makan (seperti biasa, E. coli E. coli), dan yang lain tidak. Kemudian nematoda diletakkan di dalam dulang dengan kepekatan garam yang tidak seragam dan tanpa makanan: ia berubah dari satu tepi dulang ke yang lain dari 0 hingga 100 mol / m3 (mM, milimolar); kemudian direkodkan dalam masa 10 minit, di mana arah merangkak cacing ditanam dalam keadaan tertentu. Dalam eksperimen ini, nematod biasa dan garis mutan untuk gen berbeza digunakan. Gambar dari bahan tambahan ke artikel yang dibincangkan

Sudah jelas bahawa semua nematoda, menurut refleks yang dibangunkan, bergegas ke kepekatan garam, yang berkaitan dengan makanan. Kumpulan makan yang baik merangkak ke mana konsentrasi dirasakan, yang biasa dengan mereka dari kehidupan yang makmur, kumpulan lapar, sebaliknya, mengelakkannya.

Seperti yang ternyata, refleks ini tidak hadir dalam individu mutan dalam gen daf-2 – Ini adalah salah satu peserta dalam lata PI3K. Ternyata dalam sinapsur neuron ASER, dan hanya ada, adalah isoform tertentu yang dinyatakan. Dia dipanggil daf-2c: ia dibuat daripada isoform yang lain daf-2a dengan memasukkan exon tambahan. Sesungguhnya penyisipan yang sama diketahui untuk reseptor insulin manusia IR-B (lihat C. Blanquart et al., 2008). Pencirian reseptor insulin hibrida IRA / LHB menggunakan pemindahan tenaga resonans bioluminescence). Kedua-duanya dalam nematoda dan pada manusia, penyisipan exon ini terdedah pada permukaan neuron dalam sinapsis.

Struktur reseptor insulin yang serupa dan isoforms mereka dengan memasukkan (ditunjukkan dalam warna merah) nematoda (di sebelah kiri) dan orang; dalam kedua-dua kes, sisipan terdedah pada permukaan sel. Gambar dari artikel yang dibincangkan

Analogi ini sendiri menarik dan menjanjikan banyak penemuan yang menjanjikan dalam bidang mekanisme molekul dan evolusi pembelajaran. Dengan varian manusia ini isoforms, kerja berterusan, tetapi dengan hasil kajian ini, nematoda jelas mengatasi mereka. Ia adalah mungkin untuk mengetahui butir-butir mengenai proses penghafazan dan bagaimana mekanisme biokimia berfungsi pada masa ini.

Eksperimen dengan mutan daf-2cdan lain-lain peserta litar isyarat insulin menunjukkan bahawa ia adalah isoform, dan tidak daf-2a, mengambil bahagian dalam latihan rasa.Ia hanya dinyatakan dalam axons ASER, dan isoform kedua dalam badan sel. Untuk menghasilkan refleks, adalah penting bahawa DAF-2c berada di akson dekat sinaps. Oleh itu, protein yang mengangkutnya dari badan sel ke akson menerima peranan utama. Satu ejen semacam itu ialah protein CASY-1 transmembran daripada superfamili kadherin. CASY-1 secara khusus mengikat kepada memasukkan exon baru DAF-2c. Dalam mutan pada protein ini (varian gen) DAF-2c tidak mendapat akson, dan akibatnya, tiada pembelajaran berlaku. Menariknya, jika mutan bukannya DAF-2c secara paksa (menggunakan protein yang mengikat) dimasukkan ke dalam paksi DAF-2a, maka ia akan berfungsi dengan cara yang sama seperti DAF-2c. Dengan kata lain, tempat penting bagi reseptor jenis ini; sisipan tertentu diperlukan untuk mengambil tempat ini dengan betul.

Dalam nematod, tindak balas normal garam dinyatakan dalam peningkatan bilangan gelembung dalam sinaps dari neuron ASER. Menggunakan teknologi canggih, saintis mengukur bilangan vesikel dalam sinapsinya semasa manifestasi refleks normal, dan kemudian dibandingkan dengan nematod mutan. Dalam mutan daf-2 kepekatan gelembung ternyata sangat meningkat. Tetapi jika anda termasuk mutan daf-2cmaka semuanya kembali normal. Dan kemasukannya daf-2a tidak mengubah apa-apa: kepekatan vesikel sinaptik kekal tinggi. Juga, kepekatan vesikel dalam mutan oleh gen casy-1 – ia meningkat secara dramatik. Ini bermakna kehadiran DAF-2c meningkatkan keupayaan penghantaran saraf.

Hasil pengujian nematoda tumbuh dalam keadaan garam kelaparan (mereka mengurangkan kepekatan garam sebanyak setengah dan mengukur jumlah gelembung dalam sinaps). Berbanding dengan norma (WT, jenis liar) dalam mutan (casy-1, daf-2) meningkatkan kepekatan gelembung; jika anda menambah daf-2c (Ex [daf-2c], Ex – ungkapan), kesan ini dilicinkan (yang tidak berlaku jika anda menambah daf-2a). Perkara yang sama berlaku jika anda memasukkan secara paksa daf-2a ke tempatnya daf-2c (pembinaan daf-2a :: CICD). Gambar dari artikel yang dibincangkan

CASY-1, pada gilirannya, mengikat kinesin microtubules, dan mereka menyediakan pergerakan vesikel ke dalam sinaps.

Ternyata di ASER akson, melayani rasa, dan hanya ada, adalah bentuk tertentu reseptor insulin yang dinyatakan; ia mengikat protein transmembrane CASY-1, yang mampu berinteraksi dengan kinesin, dan dengan itu impuls saraf dimodulasi. Dalam kisah ini, ia masih memahami bahagian tentang refleks dan latihan yang terkondisi, iaitu, bagaimana pengeluaran komponen utama dikawal secara luaran. daf-2c.

Ia adalah mungkin untuk mengesan bahan yang, kerana ia tumbuh nematod dalam keadaan lapar, mengurangkan aktiviti – ini adalah pengatur selular ERK yang paling penting. Bahan ini, masing-masing, menghalang aktiviti CASY-1 (ini juga harus lama dan teliti dibuktikan dengan menggunakan pelbagai variasi mutan). Dalam kes ini, DAF-2c dihantar ke aksons dalam kuantiti yang sederhana, vesikel tidak dikeluarkan ke dalam cincin sinaptik, dan sebagai hasil refleks direalisasikan – mengelakkan kepekatan garam.

Skim pencapaian refleks daripada rangsangan luar kepada tindak balas tingkah laku melalui cascade peraturan molekul. Gambar dari artikel yang dibincangkan

Di satu pihak, semua yang dilakukan oleh saintis Jepun adalah mudah, tetapi di sisi lain – sukar. Hanya – kerana kita melihat pola pembentukan refleks yang diterangkan. Sukarnya, kerana sekurang-kurangnya sedozen teknologi ujian yang berbeza terpaksa digunakan di sini, untuk masing-masing, untuk memahami apa hasil ujian bermakna, untuk mencari lebih daripada seratus varian mutasi nematod, dan mengembangkan refleks untuk masing-masing. Di samping itu, kerumitan juga disebabkan oleh pemudahan yang kuat. Sudah jelas bahawa mekanisme pengawalseliaan lain ditumpangkan di atasnya.Sebagai contoh, mereka bekerja dengan refleks rasa yang sama sebelum dan mendapati protein khas, nematosin, analog oxytocin, yang turut mengambil bahagian dalam pembentukan refleks ini (lihat Kelakuan dan Latihan Seksual dalam C. elegans dikawal oleh peptida yang sama dengan oxytocin, "Elements", 10/31/2012). Dalam kerja baru ini, nematosin tidak disebutkan, walaupun akan menjadi menarik dan penting untuk memahami di mana laluan pengawalan metabolik nematosin dan DAF-2c bersilang.

Sumber: Hayao Ohno, Shinya Kato, Yasuki Naito, Hirofumi Kunitomo, Masahiro Tomioka, Yuichi Iino Peranan sinaptik phosphatidylinositol3-kinase dalam C. elegans // Sains. 2014. V. 345. P. 313-317.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: