Amerykańscy naukowcy przeprowadzili serię eksperymentów i odkryli, że za drżenie ssaków (np. psów) po zamoczeniu wełny odpowiadają niskoprogowe mechanoreceptory z niezmielinizowanymi włóknami C. Włókna te są aktywowane, gdy uderzają w receptory, np. wodę lub olej, a następnie sygnał z nich jest przekazywany do jądra parabrachialnego mostu mózgu, co wyzwala szybkie ruchy ciała. Wyniki opublikowano w czasopiśmie Science.
Trzęsienie się jest ewolucyjnie zachowawczym zachowaniem powszechnym u ssaków futerkowych. Polega na szybkim potrząsaniu głową i górną częścią ciała po zetknięciu się wody i innych substancji drażniących ze skórą grzbietu. Pomimo powszechności takiego zachowania, neurobiologiczne mechanizmy leżące u jego podstaw pozostają praktycznie niezbadane.
Skóra ssaków jest unerwiona przez ponad 12 fizjologicznie i morfologicznie różnych podtypów pierwotnych neuronów somatosensorycznych. Te skórne neurony czuciowe łącznie 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. A pytanie, w jaki sposób wpływ bodźców zakodowanych w sygnałach somatosensorycznych jest przekształcany w ośrodkowym układzie nerwowym w polecenia motoryczne, pozostaje otwarte.
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 potrząsanie jest powszechne u wszystkich gatunków ssaków w odpowiedzi na różne bodźce. Naukowcy użyli kropli oleju jako głównego bodźca drażniącego ze względu na jego niezawodność, łatwość użycia i precyzyjną kontrolę przestrzenno-czasową. Myszy były bardziej wrażliwe na krople oleju nakładane na kark i potrząsały i drapały się bardziej aktywnie niż krople oleju nakładane na dolną część pleców. Takie zachowanie może odzwierciedlać reakcję na bodźce mechaniczne lub termiczne.
Aby sprawdzić, w jaki sposób receptory mechanosensoryczne mogą odpowiadać za obserwowane zachowanie, naukowcy usunęli mechanoczuły kanał jonowy Piezo2 ze wszystkich neuronów zwoju korzenia grzbietowego pod górną częścią szyi myszy. Po tym myszy bez kanałów jonowych nie trzęsły się, gdy podawano im kroplę oleju lub wody, ale zimna symulacja nadal wywoływała drżenie.
Następnie badacze próbowali zidentyfikować główne neurony mechanosensoryczne odpowiedzialne za wywoływanie takiej reakcji. Eksperymenty z wizualizacją wapnia w zwojach rdzeniowych wykazały, że trzy neurony mechanoreceptorów o niskim progu, w tym neurony z mechanoreceptorami o niskim progu i niezmielinizowanymi włóknami C (C-LTMR). Aby ustalić, czy wystarczy stymulować tylko jeden z mechanoreceptorów o niskim progu, naukowcy wytworzyli kanał kationowy aktywowany światłem w tych neuronach. Optogenetyczna stymulacja neuronów wykazała, że to C-LTMR prowadzi do potrząsania. Genetyczne usunięcie C-LTMR doprowadziło do zmniejszenia aktywności potrząsania.
Następnie naukowcy założyli, że sygnały C-LTMR są przekazywane z powierzchownego rogu grzbietowego rdzenia kręgowego do bocznego jądra parabrachialnego w moście rdzenia przedłużonego przez neurony spino-parabrachialne. Naukowcy byli przekonani, że podczas optogenetycznej stymulacji C-LTMR w neuronach spino-parabrachialnych zachodzi reakcja postsynaptyczna. Hamowanie tych neuronów prowadziło do ustania drżenia. Optogenetyczna stymulacja jądra parabrachialnego również prowadziła do drżenia u myszy, a jej wyłączenie zmniejszało aktywność drżenia.
Według zespołu Jinty wyniki te przekonująco pokazują neurosensoryczną ścieżkę odruchu potrząsania. Jednak w przyszłości ścieżka ta musi zostać potwierdzona u innych ssaków, a także konieczne jest opisanie sieci neuronowych jądra parabrachialnego.
O roli jądra parabrachialnego w powstawaniu świądu możesz przeczytać na naszym blogu. I możesz dowiedzieć się, ile świądów nauka rozróżnia z materiału „Dlaczego swędzi”.