Hiirtel on hirmuga seotud lõhnaga toimetulemiseks eraldi alamsüsteem

Hiirtel on hirmuga seotud lõhnaga toimetulemiseks eraldi alamsüsteem
Hiirtel on hirmuga seotud lõhnaga toimetulemiseks eraldi alamsüsteem
Anonim

Hiirtel näib olevat spetsiaalne süsteem instinktiivselt oluliste lõhnade tuvastamiseks ja vähem alt esialgu töötlemiseks, näiteks need, mis tähistavad röövloomi. See leid tõstatab küsimuse, kas nende reaktsioon neile lõhnadele on seotud.

Uus uuring näitab, et hiirtel on selge närvisüsteemi alamsüsteem, mis ühendab nina ajuga ja on seotud instinktiivselt oluliste lõhnadega, nagu need, mida tekitavad röövloomad. See ülevaade, mis avaldati sel nädalal ajakirjas Proceedings of the National Academy of Sciences, tõstatab küsimuse, kas hiirtel ja teistel imetajatel on spetsiaalselt ühendatud närvisüsteemid, mis käivitavad teatud lõhnadele reageerimisel instinktiivse käitumise.

Aruandes kirjeldatud katsete ja vaatluste käigus leidsid autorid, et nina närvirakkudel, mis ekspresseerivad amiiniga seotud retseptorite (TAAR) geeniperekonna liikmeid, on mitmeid olulisi bioloogilisi erinevusi levinumad ja mitmekesisemad neuronid, mis ekspresseerivad haistmisretseptori geeniperekonna liikmeid. Need teised närvirakud tuvastavad palju laiemat lõhnade valikut, ütles vastav autor Gilad Barnea, Browni ülikooli neuroteaduse abiprofessor Robert ja Nancy Carney.

Erinevused TAAR-i neuronite ja haistmisretseptori neuronite vahel viisid Barnea ja tema kaasautorid järeldusele, et need moodustavad teatud lõhnade jaoks iseseisva alamsüsteemi.

"Meie tähelepanekud viitavad sellele, et TAAR-i ekspresseerivad sensoorsed neuronid moodustavad eraldiseisva haistmise alamsüsteemi, mis eraldab spetsiifilisi keskkonnanäpunäiteid, mis seejärel kutsuvad esile kaasasündinud vastused," ütles Barnea.

Erinevad ahelad ja geenid

Äsja leitud erinevused hõlmavad viisi, kuidas TAAR-i neuronid on ühendatud struktuuridega, mida nimetatakse glomeruliteks haistmispirnis, mis on algselt lõhnu töötlev ajupiirkond. Glomerulirelee lõhnasignaal annab sügavamale ajju, kus toimub lõhna tajumine ja käitumuslikud reaktsioonid.

Barnea labori kraadiõppurid Mark A. Johnson ja Lulu Tsai visualiseerisid TAAR-i neuroneid ninas ja nende projektsioone haistmissibulale, tekitades spetsiifilisi antikehi, mis suudaksid neis neuronites tuvastada TAAR-valke. Nad leidsid, et kuigi teatud haistmisretseptorit ekspresseerivad neuronid ühenduvad ainult kahe glomeruliga, siis neuronid, mis ekspresseerivad antud TAAR-i, ühenduvad nelja kuni kuue glomeruliga. Samuti leidsid nad, et kuigi haistmisretseptori neuronid ühenduvad glomerulitega kogu haistmispirni ulatuses, kipuvad TAAR-i glomerulid koonduma sibula ülaosas asuvasse piirkonda. Varasemate uuringute põhjal seostati seda valdkonda instinktiivse käitumisega.

Teises katses leidsid nad, et sibula ülaosas glomerulitesse viivad TAAR-i aksonid ekspresseerivad raku adhesioonimolekuli, mis on seotud haistmisretseptori aksonitega, mis viivad ainult haistmisbulbi alumises osas olevate glomeruliteni.

See, mis veenis Barneat ja tema kolleege selles, et TAAR-i neuronid moodustavad haistmisalasüsteemi, olid erinevused selles, kuidas need neuronid valivad ekspresseeritava retseptorgeeni. Nad kasutasid hiiri, kus üks TAAR-geen on vahetatud markeriga, mis muudab raku siniseks. Kui sama strateegiat kasutati haistmisretseptorit ekspresseerivates neuronites, lülitati sinine marker välja ja valiti teine ​​haistmisretseptori geen. Seevastu TAAR-i ekspresseerivad neuronid ei lülitanud sinist markerit välja. Nad valisid teise TAAR-i geeni, kuid värvusid jätkuv alt siniseks.

See tähelepanek ajendas Barneat ja kauaaegset kaastöötajat Stavros Lomvardast California ülikoolist San Franciscos tuvastama mitmeid muid erinevusi TAAR-neuronite ja haistmisretseptorneuronite vahel selles, kuidas neuronid geeniekspressiooni teostavad.

"TAAR-i neuronite geenivaliku loogika on erinev, " ütles Barnea. "Nende projektsioonimustrid [pirnile] on erinevad ja nende projektsioone kontrollivad mehhanismid on erinevad. Kokkuvõttes näitavad need tähelepanekud, et tegemist on erineva alamsüsteemiga."

Hirmu lõhn?

TAAR-id avastas ninast 2006. aastal Stephen Liberles Harvardi meditsiinikoolist, üks Barnea kaastöötajatest ja selle artikli kaasautoritest, kui Liberles oli Nobeli preemia laureaadi Linda Bucki laboris järeldoktor. Liberlesi meeskond avastas ka, et mõned TAAR-id tuvastasid lõhnu, mida hiired väldivad, näiteks lihasööjate, näiteks lõvide ja tiigrite uriinis leiduvat kemikaali.

Avastus, et TAAR-i neuronid toimivad haistmisretseptorneuronitest eraldi, viib Barnea sõnul uuringuni selle kohta, kas glomerulid, millega TAAR-i neuronid ühenduvad, saadavad selektiivselt signaale aju esmastesse käitumiskeskustesse, näiteks mandelkehasse, mis juhib. hirmu vastus.See lõpetaks ahela, mis võimaldab murettekitavate või tõrjuvate lõhnade spetsiaalset töötlemist, et tekitada instinktiivset hirmuga seotud käitumist.

"Me oletame, et TAAR-i ekspresseerivad neuronid võivad olla mõned haistmisneuronitest, mis projitseerivad sellesse piirkonda ja kutsuvad esile selle käitumise," ütles Barnea. "Me koostame kaudse juhtumi. Nüüd teame, kuidas see esimeses relees, glomerulites, välja näeb. Meie uuring pakub tööriistu järgmise sammu otsimiseks."

Hüpoteetiliselt võib kahe erineva süsteemi olemasolu peegeldada erinevaid tähendusi, mida erinevad lõhnad võivad organismi jaoks omada. Enamik lõhnu, mida hiir elus kohtab – näiteks cheddari lõhn – muutub asjakohaseks alles kogemuse ja õppimisega. Need lõhnad tuvastavad haistmisretseptorid ja neid töötlevad ajuosad, mis analüüsivad ja õpivad uut teavet.

Kui aga rääkida kiskja lõhnast, on hiirel väga vähe ruumi eksimiseks. Juustu kaalumiseks võib olla palju võimalusi, kuid ohu äratundmiseks ainult üks. Vihjeliin nina ja põgenemisinstinkti vahel võib soodustada ellujäämist.

Mis puudutab inimesi, siis Barnea ütles, et selle üle, kas lõhnad põhjustavad instinktiivset käitumist, vaieldakse rohkem kui kindel, kuid ta märgib, et inimestel on mitu puutumata TAAR-geeni.

Paberi juhtivad autorid on Johnson ja Tsai. Lisaks Barneale, Liberlesele ja Lomvardasele on teiste autorite hulgas Dheeraj Roy Harvardist, David Valenzuela Brownist ning Colleen Mosley ja Angeliki Magklara UCSF-ist.

Uurimist toetasid riiklikud tervishoiuinstituudid.

Populaarne teema