Amerykańscy naukowcy przeprowadzili serię eksperymentów i odkryli, że niskoprogowe mechanoreceptory z niemielinowanymi włóknami C są odpowiedzialne za drżenie ssaków (na przykład psów) po zmoczeniu wełny. Włókna te ulegają aktywacji po zetknięciu z receptorami, na przykład wodą lub olejem, a następnie sygnał z nich przekazywany jest do jądra przyramiennego mostu mózgowego, co wywołuje gwałtowne ruchy ciała. Wyniki opublikowano w czasopiśmie Science.
Potrząsanie jest ewolucyjnie konserwatywnym zachowaniem, szeroko rozpowszechnionym u ssaków futerkowych. Polega na szybkim potrząsaniu głową i górną częścią ciała po zetknięciu się wody i innych substancji drażniących ze skórą pleców. Pomimo powszechności takich zachowań, leżące u ich podstaw mechanizmy neurobiologiczne pozostają praktycznie niezbadane.
Skóra ssaków jest unerwiona przez ponad 12 różnych fizjologicznie i morfologicznie podtypów pierwotnych neuronów somatosensorycznych. Te skórne neurony czuciowe wspólnie wykrywają i kodują szereg bodźców środowiskowych, przy czym poszczególne podtypy wykazują różne profile reakcji na bodźce. Nawet proste bodźce mechaniczne (na przykład głaskanie skóry) mogą aktywować kilka podtypów receptorów mechanosensorycznych o różnych właściwościach reakcji. Otwarte pozostaje pytanie, w jaki sposób wpływ bodźców zakodowanych w sygnałach somatosensorycznych przekształca się w centralnym układzie nerwowym na polecenia motoryczne.
Aby zrozumieć to pytanie, grupa badawcza kierowana przez Davida Ginty'ego (David Ginty) z Harvard Medical School przeprowadziła serię testów genetycznych, fizjologicznych i behawioralnych na myszach, ponieważ drżenie jest powszechne u wszystkich gatunków ssaków w odpowiedzi na różne bodźce. Naukowcy wykorzystali kroplę oleju jako główny bodziec drażniący ze względu na jej niezawodność, łatwość użycia i precyzyjną kontrolę czasoprzestrzenną. Myszy były bardziej wrażliwe na krople olejku nałożone na kark, a także potrząsały i drapały aktywniej w porównaniu z kroplami olejku nałożonymi na dolną część pleców. Takie zachowanie może odzwierciedlać reakcję na bodźce mechaniczne lub termiczne.
Aby sprawdzić, w jaki sposób receptory mechanosensoryczne mogą być odpowiedzialne za obserwowane zachowanie, naukowcy usunęli mechanoczuły kanał jonowy Piezo2 we wszystkich neuronach zwoju korzenia grzbietowego pod górną częścią szyi ciała myszy. Następnie myszy bez kanałów jonowych nie trzęsły się po nałożeniu kropli oleju lub wody, ale symulacja zimna nadal wywoływała drżenie.
Następnie badacze próbowali zidentyfikować główne neurony mechanosensoryczne odpowiedzialne za wywołanie takiej reakcji. Eksperymenty z wizualizacją wapnia w zwojach rdzeniowych wykazały, że trzy niskoprogowe neurony mechanoreceptorowe, w tym neurony z niskoprogowymi mechanoreceptorami i niemielinowanymi włóknami C (C-LTMR). Aby ustalić, czy wystarczy stymulacja tylko jednego z niskoprogowych mechanoreceptorów, naukowcy dokonali ekspresji w tych neuronach kanału kationowego aktywowanego światłem. Stymulacja optogenetyczna neuronów wykazała, że to C-LTMR doprowadziło do drżenia. Genetyczna delecja C-LTMR doprowadziła do zmniejszenia aktywności wytrząsania.
Następnie naukowcy założyli, że sygnały C-LTMR są przekazywane z powierzchownego rogu grzbietowego rdzenia kręgowego do bocznego jądra przyramiennego w moście rdzenia za pośrednictwem neuronów rdzeniowo-ramiennych. Naukowcy byli przekonani, że po optogenetycznej stymulacji C-LTMR w neuronach rdzeniowo-ramiennych zachodzi reakcja postsynaptyczna. Zahamowanie tych neuronów doprowadziło do ustania drżenia. Stymulacja optogenetyczna jądra przyramiennego również prowadziła do drżenia u myszy, a jej wyłączenie zmniejszało aktywność drżenia.
Według zespołu Jinty wyniki te w przekonujący sposób pokazują neurosensoryczną ścieżkę odruchu potrząsania. Należy jednak w przyszłości potwierdzić tę ścieżkę u innych ssaków, konieczne jest także opisanie sieci neuronowych jądra przyramiennego.
O roli jądra przyramiennego w powstawaniu swędzenia przeczytasz na naszym blogu. I możesz dowiedzieć się, ile swędzi nauka odróżnia od materiału „Dlaczego swędzi”.