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.
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».
