Amerykańscy naukowcy przeprowadzili serię eksperymentów i odkryli, że niskoprogowe mechanoreceptory z niezmielinizowanymi włóknami C odpowiadają za drżenie u ssaków (takich jak psy) po zamoczeniu sierści. Włókna te są aktywowane, gdy na przykład woda lub olej zetknie się z receptorami, a sygnał jest następnie przekazywany do jądra przyramiennego mostu, co powoduje gwałtowne ruchy ciała. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie „Science”.
Trzęsienie się to ewolucyjnie utrwalone zachowanie, powszechne u ssaków futrzastych. Polega ono na gwałtownym potrząsaniu głową i górną częścią ciała po kontakcie skóry grzbietu z wodą lub innymi substancjami 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, a poszczególne podtypy wykazują odmienne profile reakcji na bodziec. Nawet proste bodźce mechaniczne (takie jak głaskanie skóry) mogą aktywować wiele podtypów receptorów mechanosensorycznych o odmiennych właściwościach reakcji. Pytanie, w jaki sposób bodźce kodowane jako sygnały somatosensoryczne są przekształcane w polecenia ruchowe w ośrodkowym układzie nerwowym, pozostaje otwarte.
Aby rozwiązać ten problem, zespół badawczy pod kierownictwem Davida Ginty'ego z Harvard Medical School przeprowadził 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 ze względu na jego niezawodność, łatwość aplikacji i precyzyjną kontrolę czasoprzestrzenną. Myszy były bardziej wrażliwe na krople oleju aplikowane na kark i wykazywały silniejsze drżenie i drapanie niż myszy aplikowane na dolną część pleców. To zachowanie może odzwierciedlać reakcję na bodźce mechaniczne lub termiczne.
Aby sprawdzić, w jakim stopniu receptory mechanosensoryczne mogą być odpowiedzialne za obserwowane zachowanie, naukowcy usunęli mechanoczuły kanał jonowy Piezo2 ze wszystkich neuronów w zwoju korzenia grzbietowego, znajdującym się pod górnym odcinkiem kręgosłupa szyjnego u myszy. Po tym zabiegu myszy bez kanału jonowego nie drżały po podaniu kropli oleju lub wody, ale bodźce zimne nadal wywoływały drżenie.
Następnie naukowcy starali się zidentyfikować główne neurony mechanosensoryczne odpowiedzialne za wywoływanie tej reakcji. Eksperymenty z obrazowaniem wapnia w zwojach korzeni grzbietowych ujawniły trzy neurony mechanoreceptorów niskoprogowych, w tym neurony z mechanoreceptorami niskoprogowymi i niezmielinizowanymi włóknami C (C-LTMR). Aby ustalić, czy stymulacja tylko jednego z mechanoreceptorów niskoprogowych była wystarczająca, naukowcy wytworzyli w tych neuronach kanał kationowy aktywowany światłem. Optogenetyczna stymulacja neuronów wykazała, że to C-LTMR wyzwalały drżenie. Genetyczna ablacja C-LTMR spowodowała zmniejszenie aktywności drżenia.
Naukowcy postawili hipotezę, że sygnały z jądra C-LTMR są przekazywane z powierzchownego rogu grzbietowego rdzenia kręgowego do bocznego jądra parabrachialnego w moście za pośrednictwem neuronów rdzeniowo-przykręgowych. Naukowcy potwierdzili, że optogenetyczna stymulacja C-LTMR wywołała odpowiedź postsynaptyczną w neuronach rdzeniowo-przykręgowych. Hamowanie tych neuronów skutkowało zniesieniem drżenia. Optogenetyczna stymulacja jądra parabrachialnego również skutkowała drżeniem u myszy, podczas gdy jego inaktywacja powodowała zmniejszenie aktywności drżenia.
Według zespołu Ginty'ego, wyniki te przekonująco wskazują na istnienie szlaku neurosensorycznego odpowiedzialnego za odruch drgania. Jednak szlak ten wymaga dalszego potwierdzenia u innych ssaków, a także scharakteryzowania sieci neuronalnych jądra parabrachialnego.
O roli jądra parabrachialnego w rozwoju swędzenia możesz przeczytać na naszym blogu. Możesz również dowiedzieć się o różnych rodzajach swędzenia rozpoznawanych przez naukę w artykule „Dlaczego swędzi”.
