Биологи обнаружили орган проприорецепции в спинном мозге данио-рерио

У рыбок Danio rerio в спинном мозге обнаружили сенсорные нейроны, которые работают как датчик мышечной чувствительности — проприорецепции. Найденные нейроны оказались механочувствительными и возбуждались в ответ на изгиб тела рыбок при передвижении. В соответствии с этими сигналами нейроны также посылали тормозили нервные клетки моторных путей, чтобы регулировать движение животных. Орган мышечной чувствительности впервые обнаружен в центральной нервной системе, а не на периферии. Исследование опубликовано в журнале Neuron.

Помимо температуры, прикосновений или боли, телесная чувствительность позволяет ощущать и положение тела в пространстве, а также регулировать движения. Такое восприятие возможно благодаря проприорецепторам — нервным окончаниям, расположенным в суставах, мышцах и сухожилиях. Эти рецепторы реагируют на механическое растяжение: в ответ на него в рецепторной мембране открываются каналы, через них идет ионный ток, который и запускает передачу сигнала по цепи нервных клеток.

Исследователи из Каролинского института в Швеции под руководством Лоренса Пиктона (Laurence D. Picton) предположили, что у рыбок Danio rerio существуют проприорецепторы, которые фиксируют изгиб тела — главное движение рыбок, которое необходимо для перемещения. Для этого они сделали рыбкам компьютерную микротомографию и обнаружили над каждым межпозвоночным диском куполообразное расширение спинного мозга. Такие же снимки сделали и для изогнутых животных, где было видно, что эти куполообразные расширения деформируются вместе с расхождением позвонков в одной области и сближением — в другой. Внутри куполообразных расширений обнаружили популяцию тормозных глицинэргических нейронов, которые сегментарно повторялись для каждого позвонка.

Чтобы исследовать новые нейроны, биологи просеквенировали РНК отдельных клеток (scRNA-seq) из этой группы. После сортировки клеточных маркеров в полученных последовательностях РНК ученые выделили шесть кластеров клеток: два из них экспрессировали маркеры нейронов (гены везикулярного транспорта, синаптических белков и транспортеров аминокислот), а оставшиеся четыре — маркеры подтипов клеток глии (клеток-помощников нейронов). Два кластера нейронов разделили на латеральные нейроны спинного мозга и нейроны серого вещества, которые уже были описаны раньше и не имели проприорецептивных свойств.

Тогда биологи исследовали группу латеральных нейронов и обнаружили у них повышенную работу генов механорецепторов — ионных каналов Piezo2, которые реагируют на механические изменения (p < 0,0001). Такую реакцию проверили у клеток с использованием микроиглы, которую точечно вводили к клеткам. Новая популяция нейронов действительно активировалась в ответ на механические раздражители, причем с высокой чувствительностью. Также клетки возбуждались и при физиологических изгибах позвоночника (p < 0,05).

Морфологический анализ этих нейронов показал, что их отростки пересекают линию симметрии рыбок и уходят к противоположной стороне, где образуют тесный контакт с клетками той же популяции. Тогда биологи последовательно проверили три типа нейронов, которые участвуют в передаче двигательного сигнала к мышцам: моторные нейроны, нейроны-водители ритма и координирующие вставочные нейроны. Из них на изгиб позвоночника реагировали (выключались) только нейроны-водители ритма, что позволяет предположить роль новых проприорецепторов не только в оценке положения в пространстве, но и в регуляции движения по механизму отрицательной обратной связи. Интересно еще и то, что после удаления популяции нейронов спинного мозга под микроскопом рыбки данио потеряли способность ритмично изгибаться и правильно передвигаться. Так орган проприорецепции впервые обнаружили в центральной нервной системе — спинном мозге, и показали его способность регулировать передвижения.

Рыбок данио используют не только нейробиологи, но и генетики. Например, недавно они обнаружили у данио-рерио новые регуляторные элементы в геноме. Эти нуклеотидные последовательности помогли рыбкам восстановить плавники после повреждений.

Анна Муравьева