Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 147: коннектом червя, половые различия

Нематода Caenorhabditis elegans– один из самых популярных модельных объектов не только нейробиологов, но и биологов вообще. С помощью этого довольно примитивно устроенного червя ученые смогли разобраться в механизмах программируемой клеточной гибели, ответить на многие вопросы биологии развития, поведения и других областей биологии. И вот, наконец, получилось полностью расшифровать его коннектом, о чем исследователи рассказали в журнале Nature. Точнее, два коннектома: обоих полов. 

Граф коннектома гермафродита


Одно из самых замечательных свойств этого червя, которого совсем нетрудно выращивать в лаборатории – постоянство клеточного состава (эутелия). В теле самцов во взрослом состоянии всегда насчитывается ровно 1031 клетка, а гермафродитов – 959 клеток, из которых 302 – это нейроны (самок у C. elegans нет). За годы изучения ученые смогли проследить судьбу буквально каждой клетки червя в ходе эмбрионального развития.

Жестко фиксированное число нейронов у C. elegans и относительная простота устройства его нервной системы открывают перед учеными заманчивую возможность сконструировать так называемый коннектом его нервной системы, то есть установить для каждого нейрона, с какими другими нервными клетками он связан. Авторы сумели построить полные коннектомы для особей C. elegans обоих полов – и самцов, и гермафродитов.

Коннектомы червей были реконструированы на основании серий электронных микрофотографий, на которых запечатлены срезы тела червя на разных уровнях. Однако, «покрыть» с помощью серий срезов все тело даже такого простого организма, как круглый червь, нельзя, и для заполнения «белых пятен» на карте нейронов C. elegans использовался принцип экстраполяции.

Весь организм червя был представлен как граф из 460 узлов (в случае гермафродита) или 579 узлов (в случае самца), где каждый узел – это нейрон, мышечная клетка или клетка другой природы. Ребра, соединяющие вершины такого необычного графа – это синапсы: химические или электрические, причем, их число также четко фиксировано в случае обоих полов.

Коннектом мужской особи


Оказалось, что между строением нервной системы у червей мужского пола и гермафродитов существует ряд отличий, заключающихся не только в разнице между числом нейронов и синапсов, но и функциональных различиях. Во-первых, цепочки нейронов, ответственных за половое поведение, у разных полов устроены совершенно по-разному. Во-вторых, различия затрагивают и те участки нервной системы, которые отвечают за процессы, общие для обоих полов: значительная доля синапсов в таких цепочках нейронов различается по силе в зависимости от пола.

Помимо идентификации межполовых различий авторы исследования сделали еще ряд важных открытий касательно строения и физиологии такого, казалось бы, вдоль и поперек изученного организма, как C. elegans. Так, им удалось описать особую группу мотонейронов (так называемые сублатеральные моторные нейроны), выявить интернейроны в центральной нервной системе червя, а также интернейроны, связывающие между собой разные уровни в иерархически организованной нервной системе животного.

Кроме того, ученые смогли охарактеризовать доселе плохо изученные контакты между нейронами и немышечными структурами, такими как гиподерма (покровная система червя). Будем надеяться, что столь детальная карта нервной системы C. elegans и огромное количество новой информации о ее строении и функционировании, которую сумели добыть авторы этого масштабного исследования, помогут в использовании червя как модельного организма для изучения различных заболеваний нервной системы.

 


Текст: Елизавета Минина

Whole-animal connectomes of both Caenorhabditis elegans sexes by Steven J. Cook et al. in Nature. Published July 2019

https://doi.org/10.1038/s41586-019-1352-7

 

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен, Одноклассниках и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

Картинка дня: напечатанный коннектом

Credit: Mediated Matter Group / MIT Media Lab Это — не компьютерная графика. Перед вами — результат новейшей технологии воксельной 3D-печати. 291,362 окрашенных волокон воспроизводят данные диффузной…

Как предсказать, заговорит ли пациент после инсульта?

Исследование, проведенное неврологами из Медицинского университета Южной Каролины, предлагает добавить еще один тест для пациентов, перенесших инсульт. Он поможет предсказать, сможет ли восстановиться речь у…

Нарколептические черви рассказали, зачем мы спим

Американские исследователи выяснили, какие функции в системе сна-бодрствования выполняют глиальные клетки мозга. Также работа, опубликованная в Cell Reports, показала влияние сна на развитие организма. C….

Нематоды помогут с недостатком дофамина

Принято считать, что современная медицина закончила с описательной частью. Все болезни и синдромы давным-давно уже описаны и открыты, осталось только их подробно изучить и понять,…

Наука из первых уст: прорывные нейробиологические эксперименты, которые остались «в тени»

На днях наш корреспондент посетила лекцию Георгия Носова (Georgii Nosov), нейробиолога из Университета Мюнстера, который рассказывал о поучительных историях из жизни нейронов и людей, их…

Томограмма дрозофилы в 3D

Итак, наконец-то задача 3D-картирования связей мозга решена. Правда, только для мозга мухи-дрозофилы. Команда Рюты Мизутани (Ryuta Mizutani) из Университета Токаи в японском Токио воспользовались методом,…