На этой неделе в высокоимпактных научных журналах из области нейронаук читайте о новостях в регуляции циркадных ритмов, о том, как ученые смогут улучшить управляемость нейропротеза, о новом инструменте для скоростной регистрации активности нейронов, а также о том, как бег может защитить мозг.
Регуляция циркадных ритмов у дрозофил
Nature, 18 November 2015
Циркадные ритмы – это «внутренние часы» организма, которые отвечают за регуляцию интенсивности различных физиологических процессов при смене дня и ночи. Циркадные ритмы контролируются уровнем освещенности и изменениями температуры окружающей среды. Статья, опубликованная на этой неделе в журнале Nature, посвящена изучению того, как небольшие перепады температур (2-4оС) влияют на циркадные ритмы. В экспериментах на мухах-дрозофилах ученые обнаружили новый рецептор, который осуществляет температурную сигнализацию от периферии тела к мозгу и участвует в регуляции циркадных ритмов насекомого. Исследуя проведение импульсов по нервам, идущим от лапок, исследователи зарегистрировали физиологический ответ с участием ионотропных рецепторов 25а (ИР 25 а) на колебания температуры в 2-4оС. Молекулы ИР25а экспрессируются на чувствительных нейронах внутренних рецепторов растяжения (часть проприоцептивной системы). Именно этот рецептор заставляет мозг дрозофилы реагировать на небольшие изменения температуры окружающей среды. При этом установили, что дрозофилы с недостаточной экспрессией ИР25а не способны адаптироваться к небольшим изменениям температуры, но могут отвечать на значительные температурные сдвиги.
Chen C., Buhl E., Xu M., et al. Drosophila Ionotropic Receptor 25a mediates circadian clock resetting by temperature / Nature, November 18, 2015.
Как улучшить управляемость нейропротеза
Journal of Neuroscience, 18 November 2015
Человеческие руки способны выполнять множество сложных движений, но в повседневной жизни мы не задумываемся о том, каким образом будем совершать то или иное движение рукой. Мы без труда свободно двигаем ими, как нам того хочется. Однако, этот вопрос становится весьма актуальным для людей с параличом обеих рук, когда им приходится управлять нейропротезами. Большинство нейропротезов получают сигнал к движению от моторной области коры головного мозга. В статье, опубликованной в журнале Journal of Neuroscience, говорится о том, как можно улучшить управляемость роботизированной руки с помощью более точного распознавания сигналов от нейронов задней париетальной коры. Исследователи обнаружили, что представления о движении рук могут успешно расшифровываются в процессе немного измененной популярной игры «камень-ножницы-бумага». При одновременном представлении визуальных и звуковых стимулов к движению ученым удалось установить отдельные популяции нейронов моторной коры, которые участвуют в формировании образов различных движений. Кроме того, удалось установить, что визуальные и звуковые стимулы в задней париетальной коре обрабатываются по-разному. Благодаря этому, стало понятно, что эта область коры может участвовать не только в конкретных движениях (сжатие руки в кулак), но также в реализации более общих движений, таких как жестикуляция при общении.
Klaes C., Kellis S., Aflalo T., et al. Hand Shape Representations in the Human Posterior Parietal Cortex / Journal of Neuroscience, November 18, 2015.
Новый инструмент для скоростной регистрации активности нейронов
Science, 19 November 2015
На этой неделе в журнале Science опубликована статья, авторы которой рассказывают о своем вкладе в развитие новых методов, позволяющих изучать активность нервной системы в живых организмах. Живые нейроны головного мозга генерируют огромное количество электрических импульсов с высокой скоростью: каждый нейрон производит до 100 импульсов в секунду. До настоящего времени не умели регистрировать активность нейронов с той скоростью, с которой они сами генерируют электрические импульсы. Естественно, сей факт серьезно затруднял понимание того, как работа отдельного нейрона влияет на поведение организма в целом. Команде ученых удалось создать новый инструмент, регистрирующий изменения мембранного потенциала нейронов. Новый сенсор создали с помощью методов генной инженерии, связав высокоскоростные потенциал-чувствительные домены белка родопсина с яркими флуорофорами (молекулами, способными к флуоресценции). Результаты испытаний продемонстрировали, что созданный инструмент намного лучше, чем предыдущие попытки сотворить нечто подобное. С помощью нового сенсора удалось визуализировать активность нейронов бодрствующей мыши и плодовой мухи с потрясающим временным разрешением в 0.2 миллисекунды. Кроме того, с помощью нового инструмента для скоростной микроскопии можно также увидеть динамику зарождения и распространения электрического импульса по живым нейронам.
Gong Y., Huang C., Li J.Z., et al. High-speed recording of neural spikes in awake mice and flies with a fluorescent voltage sensor / Science, November 19, 2015.
Бег поддерживает устойчивость нейронов к стрессу
Cell Metabolism, 19 November 2015
Митохондрии – «энергетические станции клеток», они играют важнейшую роль в поддержании нормальной активности нейронов. Нарушение работы митохондрий становится причиной развития некоторых заболеваний нервной системы. В статье, опубликованной в журнале Cell Metabolism на этой неделе, рассказывается о том, как физические упражнения связаны с активностью деацетилирования (преобразование с отщеплением ацетилового фрагмента) белков в митохондриях и развитием адаптивного ответа нервных клеток на стресс. Ученые выяснили, что фермент SIRT3, который содержится в митохондриях и осуществляет деацетилирование белков, позволяет нейронам противостоять различным видам стресса. Для своих экспериментов исследователи использовали мышей с нокаутом гена, кодирующего деацетилазу, нейроны которых были чувствительными к окислительному стрессу и уязвимы к эксайтотоксичности (перегрузке глутаматом). При этом исправление дефекта в гене SIRT3 с помощью вектора на основе аденоассоциированного вируса приводило к восстановлению у нейронов устойчивости к стрессу. В эксперименте также использовались мышиные модели болезни Хантингтона и эпилепсии с дефицитом SIRT3. Оказалось, что у мышей, которые бегали в колесе, экспрессия SIRT3 в нейронах гиппокампа значительно повышалась, что приводило к нормализации митохондриального гомеостаза. Таким образом, исследователи обнаружили, что бег обладает нейропротективным действием, позволяя нейронам быть устойчивыми к стрессу и препятствовать дегенерации.
Cheng A., Yang Y., Zhou Y., et al. Mitochondrial SIRT3 Mediates Adaptive Responses of Neurons to Exercise and Metabolic and Excitatory Challenges / Cell Metabolism, November 19, 2015.