2023 Autor: Bailey Leapman | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-05-20 22:44
Howard Hughesi meditsiiniinstituudi teadlased on avastanud hiirte ajus tohutu neuronite võrgustiku, mis juhib paljunemist ja kontrollib paljunemisseisundi mõju teistele ajufunktsioonidele.
Oma uuringutes avastasid teadlased närviahelad, mis koordineerivad keerulist koosmõju paljunemist kontrollivate neuronite ja ajupiirkondade vahel, mis kannavad lõhnamolekulide ja feromoonide (loomade toodetud keemiliste signaalide) käivitatud närvisignaale. Teadlased iseloomustavad oma leide kui esimest sammu, et mõista kaugeleulatuvat mõju, mida lõhnad ja feromoonid võivad paljunemisele ja muule käitumisele avaldada.
Uurimisrühma, mida juhtis HHMI uurija Linda B. Buck Fred Hutchinsoni vähiuuringute keskuses, kuulusid esimene autor Ulrich Boehm ja Zhihua Zou, kes tegid seda tööd Bucki laboris viibides järeldoktorantidena. Teadlased avaldasid oma uuringud 10. novembril 2005 ajakirjas Cell kohe avaldatud varases väljaandes. HHMI uurija Catherine Dulaci seotud uuringud on avaldatud samas numbris.
Teadlased alustasid oma uuringuid, keskendudes neuraalsete radade jälgimisele, mis viivad gonadotropiini vabastavat hormooni (GnRH) tootvatesse neuronitesse ja neist väljuvad, mida tuntakse ka luteiniseerivat hormooni vabastava hormoonina (LHRH). Need neuronid reguleerivad seksuaalfüsioloogiat – sealhulgas puberteedi algust, ovulatsiooni ja menstrua altsüklit naistel ning testosterooni tootmist meestel –, reguleerides hormoonide vabanemist hüpofüüsist. Huvitav on see, et GnRH neuronid näivad olevat seotud ka seksuaalkäitumise kontrollimisega.
"Kooskõlas ideega, et GnRH neuronitel võivad lisaks hüpofüüsi kontrollimisele olla täiendavaid funktsioone, on teised uurijad näidanud, et GnRH aksoneid võib leida paljudest erinevatest ajupiirkondadest," ütles Buck. "Need leiud viitasid sellele, et GnRH neuronid saadasid signaale teistele neuronitele, kuid neuronid, mis signaale vastu võtsid, olid tundmatud. Meie jaoks veelgi olulisem, kuigi teatud ajupiirkonnad olid seotud feromoonide signaalimisega, spetsiifilised neuronid, mis edastavad feromoonsignaale GnRH neuronitele. ei olnud tuvastatud."
GnRH neuroneid hõlmavate närviahelate kaardistamiseks kasutasid teadlased geneetilist jälgimismeetodit, mille nad varem välja töötasid närviradade kaardistamiseks. Esm alt konstrueerisid nad hiired, milles GnRH neuronid toodavad odra lektiini (BL), märgistusmolekuli, mis liigub üles- ja allavoolu ühendatud neuroniteni, ja rohelist fluorestseeruvat valku (GFP), et märgistada tootvaid rakke. Visualiseerides BL, GFP ja GnRH neuronite ja nende aksonite asukohti, suutsid teadlased tuvastada GnRH neuronitega otseselt seotud neuroneid. Samuti määrasid nad kindlaks, millised neuronid saatsid signaale GnRH neuronitele ja millised neuronid võtsid vastu signaale GnRH neuronitelt.
Need uuringud näitasid, et ühendused kulgevad mõlemas suunas GnRH neuronite ja aju releejaamade vahel, mis töötlevad signaale nii haistmis- kui ka vomeronasaalsest süsteemist, ütles Buck.
Hiirtel ja teistel imetajatel on haistmis- ja vomeronasaalsüsteemid erinevad keskkonnas leiduvate kemikaalide tuvastamise teed. Kui ninast alguse saanud peamine haistmissüsteem töötleb lõhnu, siis vomeronasaalne (lisa)süsteem võtab vastu signaale – feromoonide poolt käivitatud – nina vaheseina vomeronasaalsest organist (VNO). Süsteemid ei ole siiski täiesti paralleelsed. Buck ja tema kolleegid on näidanud, et VNO suudab tuvastada mõned lõhnaained. Ja vastupidi, on tõendeid selle kohta, et mõned feromoonsignaalid nõuavad lisaks VNO-le ka nina sisendit.
"Meie leiud viitavad sellele, et nii lõhna- kui ka feromoonide levipiirkonnad ajus saadavad feromoonsignaale GnRH neuronitele. Veelgi enam, GnRH neuronid saadavad omakorda teavet nendesse releepiirkondadesse," ütles Buck. "See üllatav leid viitab sellele, et GnRH neuronid mõjutavad lõhna- ja feromoonsignaalide töötlemist ajus. See võib olla aju viis öelda, kas ta soovib saada konkreetset sensoorset teavet või mitte – olenev alt paljunemistingimustest, näiteks emase innatsükli etapist."
Teadlased püüdsid ka kindlaks teha, kas feromoonid võivad GnRH neuronite aktiveerimiseks käivitada haistmisradu. Selle uurimiseks eksponeerisid nad isas- ja emaseid hiiri vastav alt emaste või isaste sooga seotud feromoonidega ja mõõtsid, kuidas GnRH neuronitega ühendatud neuronid reageerisid. Samuti avasid nad isastele puhta allapanu, mis arvati olevat neutraalne stiimul.
Nad avastasid, et feromoonid käivitasid vastuseid neuronites, mis asuvad GnRH neuronitest ülesvoolu nii lõhna- kui ka feromoonide levialas. "See viitab sellele, et feromoonide tuvastamisel on liiasus, kusjuures nii põhi- kui ka lisasüsteemid edastavad vähem alt osa feromoonide kohta," ütles Buck."See koondamine ei ole kuigi üllatav, kui arvestada, kui oluline on looma jaoks feromoonide tunnetamine. Liiasus võib kaitsta feromooni retseptori kadumise eest kas VNO-st või haistmisepiteelist, mis põhjustab feromoonide laastavat kadu. tuvastamine."
Uuringud näitasid, et puhta voodipesu lõhn aktiveeris ka mõned neuronid GnRH neuronitest ülesvoolu. "See viitab sellele, et looma keskkond võib mõjutada ka GnRH neuroneid, andes ehk märku, kas loom on paaritumiseks optimaalses keskkonnas." Buck ütles.
GnRH-neuronite ja kogu aju neuronite vahelisi seoseid jälgides avastasid Boehm ja tema kolleegid peagi, et nad olid nende seoste väljaselgitamiseks võtnud ette tohutu ülesande. "Olime leidust tõeliselt šokeeritud," ütles Buck. "Leidsime, et kuigi GnRH neuroneid on hiirtel vaid umbes kaheksasada, on nad otse ühenduses umbes viiekümne tuhande teise neuroniga. Ja need neuronid on ajupiirkondades, mis on seotud paljude funktsioonidega – näiteks söögiisu, toitmine, tasustamine, erutus ja teabe edastamine kõrgematele ajupiirkondadele, mis kontrollivad kognitiivset funktsiooni. Ma arvan, et keegi pole seda keerukust kunagi kahtlustanud. See näitab, et GnRH neuronid on väliskeskkonna ja looma sisemise oleku teabe peamised integraatorid."
Uuringud viitavad ka sellele, et GnRH neuronid mõjutavad paljusid ajufunktsioone, võib-olla kooskõlastavad need funktsioonid neuroendokriinse seisundiga, et optimeerida paljunemist, väidab Buck.
Peaaegu kõik GnRH neuronitega ühendatud piirkonnad olid isaste ja emaste hiirte ajus identsed. Buck ütles, et vooluringis oli siiski mõningaid soolisi erinevusi, mis pakuvad olulisi uusi viise meeste ja naiste reproduktiivfüsioloogia ja käitumise erinevuste uurimiseks.
Kuigi see on veel vara, kahtlustavad teadlased, et hiirtel tehtud leiud võivad mõjutada inimesi."Kuna inimestel puudub vomeronasaalne süsteem, on paljud oletanud, et nad ei pruugi feromoone tuvastada," ütles Buck. "Kuid need uuringud näitavad selgelt, et peamine haistmissüsteem, mis inimestel on, on võimeline edastama feromoonide signaale. Seega, kui inimese feromoonid on olemas – kuigi keegi pole neid veel tuvastanud – edastaksid nad oma signaale eeldatavasti peamise haistmissüsteemi kaudu. rada."
Kuigi leide peetakse esimeseks sammuks GnRH paljunemisega seotud ajuahelate uurimisel, tunnistab Buck, et nad on ahelate määratlemisega juba palju õppinud. "Need leiud panevad nüüd aluse uuringutele, mille käigus saab nendes ahelates olevaid neuroneid analüüsida, et määrata kindlaks geenid, mida nad selektiivselt ekspresseerivad. Seejärel saab neid geene kasutada – näiteks geenide väljalülitamise uuringutes –, et teha kindlaks, millist rolli neuronid paljunemisel mängivad. ja käitumine," ütles Buck.
"Arusaamine, kuidas aju närviskeem käitumist kontrollib, on olnud suures osas must kast," ütles ta."Ma arvan, et selliste uuringute abil teeme meie ja teised märkimisväärseid edusamme käitumise aluseks olevate närviahelate mõistmisel."
