Struktura jediného neuronu v C. elegans poskytuje nové poznatky

Existuje rozdíl ve struktuře mozku mezi muži a ženami? Pokud bychom měli najít takový rozdíl v jediném neuronu, záleží na tom?

Jedním z nejužitečnějších modelů pro studium těchto otázek je nematode Caenorhabditis elegans (C. elegans). Tento malý červ má několik charakteristik, díky nimž je vynikající výzkumný model, z nichž jednou je, že každá buňka v jejím těle má předem stanovenou identitu a linii.

Stejně jako lidé, C. elegans má dvě pohlaví. Místo mužů a žen jsou však obě pohlaví tohoto červa mužů a hermafrodity-samoofferilizující jednotlivce schopný produkovat mužské i ženské gamety (spermie a vejce), což mu umožňuje reprodukovat bez partnera.

Vědci z biologické fakulty na technologickém institutu Technion-Israel zkoumali tyto rozdíly specifické pro pohlaví (Sexuální dimorfismus) v C. elegans a odhalil překvapivé zjištění.

Studie, Publikováno v Sborník Národní akademie vědVedl Dr. Yael Iosilevskii a Dr. Menachem Katz z laboratoře prof. Beniho Podbilewicze ve spolupráci s prof. Davidem Hallem Hall z Albert Einstein College of Medicine v New Yorku.

Vědci zjistili, že vysoce rozvětvený neuron zvaný PVD, dříve charakterizovaný v hermafroditách, tvoří jinou strukturu u mužů. Navíc, zatímco u hermafroditů funguje PVD primárně při snímání bolesti, u mužů má při páření další roli; Když je jeho vývoj narušen, muži jsou pomalejší a méně koordinovaní. Tento objev poskytuje jedinečný příklad sexuálního dimorfismu ve struktuře jediného neuronu, který souvisí s rozdíly v chování.

„Muž“ vs. „ženský“ mozek

Dlouho bylo prokázáno, že muži a ženy mají různé náchylnosti na různé neurologické poruchy. Například ženy jsou náchylnější k depresi, zatímco muži mají vyšší riziko Parkinsonovy choroby. Mohly by tyto rozdíly spojeny se strukturou jednotlivých neuronů v mozku? To je obtížné určit kvůli pouhému počtu neuronů v lidském mozku – přibližně 75 miliard.

I kdyby byl nalezen rozdíl mezi pohlavími pouze v jednom neuronu, určování jeho přesného příspěvku by bylo náročné, protože i ty nejjednodušší úkoly vyžadují množství složitě propojených neuronů.

Pro prozkoumání významu prostorové struktury jediného neuronu se vědci obrátili na nematodu C. elegans, jen jeden milimetrový. Jedinečným rysem tohoto organismu je, že identita všech 302 neuronů v hermafroditu je invariantní, což vědcům umožňuje plně mapovat jejich umístění, prostorovou strukturu a spojení.

„Kromě toho,“ řekl prof. Podbilewicz, „v populaci nematod jsou také jedinci mužů s odlišnou anatomií, dalšími neurony a odlišným chováním. To přispívá k pozoruhodně jednoduchému systému, kde se můžeme přímo zeptat: Co určuje strukturu každého neuronu v nervovém systému? Jsou tam? Rozdíly specifické pro pohlavía ovlivňují chování? “

Aby odpověděli na tyto otázky, Dr. Iosilevskii a Dr. Katz studovali vývoj smyslového neuronového PVD. Tento neuron má vysoce rozvětvenou strukturu, s opakujícími se podjednotkami připomínajícími svícen („menorahs“). Jeho výrazný tvar a jeho vývoj během zrání organismu se za více než deset let zaměřil na výzkum. Přestože je o jeho vývoji u hermafroditů známo mnoho, PVD nebyl u mužů charakterizován ani zkoumán na sexuální dimorfismus.

Vědci techniků se rozhodli určit, zda neurony mužských PVD vyvíjejí jinou prostorovou strukturu a zda tento rozdíl ovlivňuje chování muže.

Při zkoumání vývoje PVD u mužů vědci zjistili, že její struktury podobné menory zůstaly konzistentní u obou pohlaví. Byli však překvapeni, když to zjistili dospělí mužiPVD rozšiřuje další větve do ventilátoru ocasu – specializovaný mužský orgán používaný pro páření. Spolu s prof. Hallem zjistili, že tyto větve jsou zcela oddělené od dříve známých neuronů v této oblasti.

K tomuto jedinečnému větvení PVD nedochází během vývoje ventilátoru ocasu, ale objevuje se ihned poté, během konečného moltu od mladistvého na dospělé. Krátce nato muž začne projevovat své chování specifické pro sexu. Vědci dále zjistili, že když se PVD nerozvíjí správně, je toto chování páření narušeno, což způsobuje, že se muži stanou pomalejšími a méně koordinovanými.

Tento objev sexuálního dimorfismu ve struktuře jediného smyslového neuronu, který se také týká chování specifického pro muže, poskytuje jedinečný příklad v C. elegans a otevírá nové cesty pro studium sexuálních nervových rozdílů. Očekává se, že tento objev zvýší naše chápání toho, jak takové sexuální dimorfismy mění reakce jak na úrovni s jedním buňkami, tak na chování celého organismu.