Σπονδυλική Στήλη: Ερευνητές στο Karolinska Institutet της Σουηδίας ανακάλυψαν τη μοριακή λογική που στηρίζει τη συναρμολόγηση των κυκλωμάτων της σπονδυλικής στήλης που ελέγχουν την ταχύτητα κίνησης σε ενήλικα ζέβρα. Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο Nature Neuroscience. Ένα θεμελιώδες χαρακτηριστικό των κινητικών ενεργειών είναι η ευελιξία του συγχρονισμού, της ταχύτητας και της δύναμής τους που είναι κεντρικής σημασίας για την ταχεία προσαρμογή στον συνεχώς μεταβαλλόμενο κόσμο γύρω μας. Αυτό είναι ιδιαίτερα εμφανές κατά την κίνηση, μια συμπεριφορά που περιλαμβάνει συντονισμό όλου του σώματος που χαρακτηρίζεται από ξαφνικές αλλαγές στην ταχύτητα και τη δύναμη. «Σε αυτή τη μελέτη, χρησιμοποιήσαμε αλληλουχία μονοκύτταρου RNA σε ενήλικα ζέβρα για να συνδέσουμε τη μοριακή ποικιλομορφία των κινητικών νευρώνων και των ενδονευρώνων με την αρθρωτή οργάνωση κυκλώματός τους που είναι υπεύθυνη για τις αλλαγές στην ταχύτητα κίνησης», λέει ο Abdel El Manira, Καθηγητής στο Τμήμα Νευροεπιστήμης. στο Karolinska Institutet, και αντίστοιχος συγγραφέας του άρθρου.
«Δείχνουμε ότι κάθε νευρωνικός πληθυσμός περιλαμβάνει τρεις συγκεκριμένους υποτύπους που ορίζονται από βασικά μοριακά χαρακτηριστικά και αντιστοιχούν σε νευρώνες που υποκρύπτουν την κίνηση σε αργές, ενδιάμεσες και γρήγορες ταχύτητες». Επιπλέον, η ανάλυση των ερευνητών αποκαλύπτει μοριακές υπογραφές που ορίζουν καθεμία από τις τρεις μονάδες ταχύτητας κυκλώματος. Η μελέτη αποκαλύπτει τα μοριακά υποστρώματα για τη νευρωνική ποικιλομορφία και πώς σχετίζονται με τη λειτουργία των κινητικών κυκλωμάτων σε ενήλικα ζέβρα. Συνολικά, χαρακτηρίζοντας τον τρόπο με τον οποίο η μοριακή ποικιλομορφία των κινητικών νευρώνων και των διανευρώνων σχετίζεται με τη λειτουργία, τη συνδεσιμότητα και τη συμπεριφορά τους, η μελέτη παρέχει σημαντικές πληροφορίες όχι μόνο για τους μοριακούς μηχανισμούς για την ποικιλομορφία των νευρώνων και των κυκλωμάτων για την ευελιξία της κίνησης αλλά και για τη χαρτογράφηση κυκλωμάτων για κινητικές ενέργειες γενικά . “Ενώ η κατηγοριοποίηση των μυϊκών μονάδων σε αργούς, ενδιάμεσους και γρήγορους τύπους είναι καθολική για όλα τα σπονδυλωτά, τα μοριακά θεμέλια της ποικιλομορφίας των κινητικών νευρώνων και των προκινητικών κυκλωμάτων τους έχουν παραμείνει ασαφή. Η μελέτη μας καλύπτει αυτό το κρίσιμο κενό στη γνώση μας και αντιπροσωπεύει μια πραγματική πρόοδο στο πεδίο», λέει η Irene Pallucchi, συνεργαζόμενη ερευνήτρια και συν-συγγραφέας του άρθρου. Επιπλέον, η εννοιολογική πρόοδος που παρέχεται από τη μελέτη ενδιαφέρει ευρέως τους ερευνητές στον τομέα του κινητικού ελέγχου και στην οργάνωση του εγκεφάλου γενικότερα. «Χρησιμοποιήσαμε αλληλουχία μονοκυττάρου RNA, ηλεκτροφυσιολογία, ανατομική και συμπεριφορική ανάλυση σε ενήλικα ζέβρα, τα οποία παρέχουν τόσο πειραματική όσο και γενετική προσβασιμότητα», εξηγεί η Maria Bertuzzi, ερευνήτρια μηχανικός στην ομάδα Abdel El Manira και συν-συγγραφέας του άρθρου. Αυτό τους επέτρεψε να αποκαλύψουν τα μοριακά και λειτουργικά χαρακτηριστικά που ορίζουν τους υποτύπους των κινητικών νευρώνων και των ενδονευρώνων, καθώς και την αρθρωτή οργάνωση του κυκλώματος που είναι υπεύθυνη για τον έλεγχο της ταχύτητας κίνησης.
Μηχανισμοί αλλαγής ταχυτήτων για αλλαγή ταχύτητας
Η μοριακά καθορισμένη οργάνωση της μονάδας κυκλώματος τριών ταχυτήτων που αποκαλύφθηκε στη μελέτη λειτουργεί ως μηχανισμοί αλλαγής ταχυτήτων για αλλαγή ταχύτητας και μπορεί επίσης να επιτρέψει γρήγορες αλλαγές κατεύθυνσης. Ωστόσο, δεν είναι γνωστό πώς οι μονάδες κυκλώματος διαφορετικής ταχύτητας οδηγούνται από το εγκεφαλικό στέλεχος. «Οι μελλοντικές μας μελέτες στοχεύουν να ελέγξουν την υπόθεση ότι οι εντολές από τον εγκέφαλο διοχετεύονται στο νωτιαίο κινητικό δίκτυο μέσω διακριτών ροών εντολών, καθεμία από τις οποίες ελέγχει κατά προτίμηση μία από τις μονάδες κυκλώματος ταχύτητας», λέει ο Abdel El Manira. «Μια τέτοια οργάνωση θα εξασφάλιζε υψηλό βαθμό ευελιξίας και ευελιξίας στις κινητικές κινήσεις με τρόπο που εξαρτάται από την εργασία και το πλαίσιο».
