American scientists conducted a series of experiments and discovered that low-threshold mechanoreceptors with unmyelinated C-fibers are responsible for shaking mammals (such as dogs) after their fur gets wet. These fibers are activated when water or oil, for example, hits the receptors, and the signal is then transmitted to the parabrachial nucleus of the pons, which triggers rapid body movements. The results were published in the journal Science.
Shaking is an evolutionarily conserved behavior, widespread in furred mammals. It consists of rapid shaking of the head and upper body after water or other irritants are applied to the skin of the back. Despite the prevalence of this behavior, the neurobiological mechanisms underlying it remain largely unexplored.
Mammalian skin is innervated by more than 12 physiologically and morphologically distinct subtypes of primary somatosensory neurons. These cutaneous sensory neurons collectively detect and encode a range of environmental stimuli, with individual subtypes exhibiting distinct stimulus response profiles. Even simple mechanical stimuli (such as stroking the skin) can activate multiple subtypes of mechanosensory receptors with distinct response properties. The question of how stimuli encoded as somatosensory signals are converted into motor commands in the central nervous system remains open.
To address this issue, a research team led by David Ginty of Harvard Medical School conducted a series of genetic, physiological, and behavioral tests on mice, as shaking is common across all mammalian species in response to various stimuli. The scientists used a drop of oil as the primary stimulus due to its reliability, ease of application, and precise spatiotemporal control. Mice were more sensitive to oil drops applied to the back of the neck and exhibited greater shaking and scratching behavior compared to oil drops applied to the lower back. This behavior may reflect a response to mechanical or thermal stimuli.
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 такогой 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».
