Amerykańscy naukowcy przeprowadzili serię eksperymentów i odkryli, że mechanoreceptory niskoprogowe z niezmielinizowanymi włóknami C są odpowiedzialne za potrząsanie ssakami (np. psami) po zamoczeniu ich futra. Włókna te są aktywowane w momencie zetknięcia się z receptorami, np. wodą lub olejem, a następnie sygnał z nich przekazywany jest do jądra parabrachialnego mostu, co wywołuje szybkie ruchy ciała. Wyniki opublikowano w czasopiśmie Science.
Trzęsienie się jest ewolucyjnie zachowawczym zachowaniem, szeroko rozpowszechnionym u ssaków posiadających futro. Polega na szybkim potrząsaniu głową i górną częścią ciała po kontakcie skóry pleców z wodą i innymi czynnikami drażniącymi. Pomimo powszechności tego zachowania, neurobiologiczne mechanizmy leżące u jego podstaw pozostają w dużej mierze niezbadane.
Skóra ssaków jest unerwiona przez ponad 12 fizjologicznie i morfologicznie odrębnych 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 (np. głaskanie skóry) mogą aktywować różne podtypy receptorów mechanosensorycznych o różnych właściwościach reakcji. Otwarte pozostaje pytanie, w jaki sposób bodźce zakodowane w sygnałach somatosensorycznych przekształcają się w polecenia ruchowe w ośrodkowym układzie nerwowym.
Aby zrozumieć tę kwestię, zespół badawczy pod kierownictwem Davida Ginty'ego z Harvard Medical School przeprowadził serię testów genetycznych, fizjologicznych i behawioralnych na myszach, ponieważ drżenie jest powszechną reakcją u wszystkich gatunków ssaków na różne bodźce. Naukowcy uznali kroplę oleju za główny bodziec drażniący ze względu na jego niezawodność, łatwość zastosowania i precyzyjną kontrolę czasoprzestrzenną. Myszy były bardziej wrażliwe na krople oleju aplikowane na tył szyi, a także aktywniej się potrząsały i drapały w porównaniu do myszy, którym krople oleju aplikowano na dolną część pleców. Takie zachowanie może być reakcją na bodźce mechaniczne lub termiczne.
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».