Amerykańscy naukowcy przeprowadzili serię eksperymentów i odkryli, że za potrząsanie sierścią u ssaków (na przykład psów) po jej zamoczeniu odpowiadają mechanoreceptory o niskim progu pobudzenia, posiadające niezmielinizowane włókna typu C. Włókna te są aktywowane, gdy zetkną się z receptorami, np. wody lub oleju, a następnie sygnał z nich przekazywany jest do jądra parabrachialnego mostu mózgowego, co wywołuje szybkie ruchy ciała. Wyniki opublikowano w czasopiśmie Science.
Trzęsienie się jest ewolucyjnie zachowawczym zachowaniem, szeroko rozpowszechnionym wśród ssaków futerkowych. Polega na szybkim potrząsaniu głową i górną częścią ciała po kontakcie skóry pleców z wodą i innymi czynnikami drażniącymi. Pomimo powszechności takiego zachowania, neurobiologiczne mechanizmy leżące u jego podstaw pozostają praktycznie niezbadane.
Skóra ssaków unerwiona jest przez ponad 12 podtypów pierwotnych neuronów somatosensorycznych, różniących się pod względem fizjologicznym i morfologicznym. 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 różne podtypy receptorów mechanosensorycznych o różnych właściwościach reakcji. Otwarte pozostaje pytanie, w jaki sposób bodźce zakodowane w sygnałach somatosensorycznych przekształcają się w ośrodkowym układzie nerwowym w polecenia ruchowe.
Aby zrozumieć tę kwestię, grupa badawcza pod przewodnictwem Davida Ginty'ego (David Ginty) z Harvard Medical School przeprowadziła serię testów genetycznych, fizjologicznych i behawioralnych na myszach, ponieważ potrząsanie jest powszechną reakcją wszystkich gatunków ssaków na różne bodźce. Naukowcy uznali kroplę oleju za główny bodziec drażniący ze względu na jej niezawodność, łatwość użycia i precyzyjną kontrolę przestrzenno-czasową. Myszy były bardziej wrażliwe na krople oleju nakładane na tył szyi, a także potrząsały i drapały się bardziej aktywnie w porównaniu do myszy, u których krople oleju nakładano 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».