Нейробиологи объяснили причину встряхивания млекопитающих после намокания шерсти

Американские ученые провели серию экспериментов и выяснили, что низкопороговые механорецепторы с немиелинизированными С-волоконами отвечают за встряхивание млекопитающих (например, собак) после намокания шерсти. Эти волокна активируются при попадании на рецепторы, например, воды или масла, а затем сигнал от них передается в парабрахиальное ядро моста головного мозга, которое запускает быстрые движения телом. Результаты опубликованы в журнале Science.

Встряхивание — это эволюционно консервативное поведение, широко распространенное у млекопитающих с шерстью. Оно состоит из быстрых покачиваний головой и верхней частью туловища после попадания на кожу спины воды и других раздражителей. Несмотря на распространенность такого поведения, нейробиологические механизмы, лежащие в его основе, остаются практически неизученными.

Кожу млекопитающих иннервируют более 12 физиологически и морфологически различных подтипов первичных соматосенсорных нейронов. Эти кожные сенсорные нейроны коллективно обнаруживают и кодируют ряд раздражителей окружающей среды, причем отдельные подтипы демонстрируют различные профили реакции на стимул. Даже простые механические раздражители, (например, поглаживание кожи) могут активировать несколько подтипов механосенсорных рецепторов с различными свойствами реагирования. И вопрос о том, как воздействие раздражителей, закодированное в соматосенсорные сигналы, преобразуются в центральной нервной системе в моторные команды, остается открытым.

Чтобы разобраться в этом вопросе, исследовательская группа под руководством Дэвида Джинти (David Ginty) из Гарвардской медицинской школы провела ряд генетических, физиологических и поведенческих тестов на мышах, поскольку встряхивание широко распространено у всех видов млекопитающих в ответ на различные раздражители. Ученые использовали в качестве основного раздражающего стимула каплю масла из-за ее надежности, простоты применения и точного пространственно-временного контроля. Мыши были более чувствительны к каплям масла, нанесенным на заднюю часть шеи, и активнее встряхивались и почесывались по сравнению с каплями масла, нанесенными на нижнюю часть спины. Такое поведение может отражать реакцию на механические или тепловые раздражители.

Чтобы проверить, насколько механосенсорные рецепторы могут быть ответственны за наблюдаемое поведение, ученые удалили механочувствительный ионный канал Piezo2 во всех нейронах дорсального корневого ганглия под верхней частью шейного отдела тела мышей. После этого мыши без ионных каналов не встряхивались при нанесении капли масла или воды, но холодовая имитация все же запускала тряску.

Затем исследователи попытались идентифицировать первичные механосенсорные нейроны, которые отвечают за запуск такой реакции. Эксперименты с кальциевой визуализацией спинальных ганглиев показали, что три низкопороговых механорецепторных нейронов, в том числе нейроны с низкопороговыми механорецепторами и немиелинизированными С-волоконами (C-LTMR). Чтобы определить, достаточно ли стимулировать только один из низкопороговых механорецепторов, ученые экспрессировали активируемый светом катионный канал в этих нейронах. Оптогенетическая стимуляция нейронов показала, что именно C-LTMR приводили к встряхиванию. Генетическое удаление C-LTMR приводило к снижению активности тряски.

После этого ученые предположили, что сигналы от C-LTMR передаются от поверхностного дорсального рога спинного позга к латеральному парабрахиальному ядру в мосту продолговатого мозга через спинопарабрахиальные нейроны. Исследователи убедились, что при оптогенетической стимуляции C-LTMR в спинопарабрахиальных нейронах возникает постсинаптическая реакция. Ингибирование этих нейронов приводило к отмене тряски. Оптогенетическая стимуляция парабрахиального ядра также приводила к тряске мышей, а его отключение — к снижению активности тряски.

По мнению команды Джинти, эти результаты убедительно показывают нейросенсорный путь рефлекса встряхивания. Однако в дальнейшем этот путь предстоит подтвердить у других млекопитающих, а также необходимо описать нейронные сети парабрахиального ядра.

О том, какую роль парабрахиальное ядро играет в формировании зуда, можно прочитать в нашем блоге. А узнать, сколько зудов различает наука, можно из материала «Почему чешется».