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对重复蠕虫行为的研究可能会揭示人类为何重复

如果你想要记住一首诗,掌握吉他即兴演奏,或者只是养成良好的习惯,重复就会很有用。然而,当这种行为变得强迫时,它可能妨碍正常生活 - 有时在诸如图雷特综合征和自闭症谱系障碍等精神疾病中观察到障碍。现在,洛克菲勒的科学家已经确定了一条大脑回路,它是蠕虫重复的基础,这一发现可能最终揭示人类的类似行为。

研究微观蛔虫C. elegans,研究人员发现,一种蛋白质的缺陷会导致动物一遍又一遍地重新定向。在Nature Communications中描述,这些观察结果得到了之前小鼠研究的支持,并表明类似的机制可能会驱动一系列动物(包括人类)的重复行为。

化学清理

科学家们最初开始了解星形胶质细胞,在哺乳动物大脑中发现的星形细胞如何帮助神经元完成它们的工作。人们认为星形胶质细胞除其他外还负责处理突触中过量的神经化学物质,即神经元之间的连接。这项任务至关重要,因为如果不及时清除化学物质,它们会以意想不到的方式刺激神经元,破坏正常的大脑功能。为了更好地理解这一过程,Shai Shaham实验室的研究助理Menachem Katz研究了C. elegansCEPsh神经胶质细胞,他怀疑它是星形胶质细胞的蠕虫。

确认这种怀疑,Katz,Shaham及其同事使用mRNA测序显示小鼠星形胶质细胞和CEPsh胶质细胞具有相似的遗传特征。在其他共性中,两种细胞类型都产生蛋白质GLT-1,其哺乳动物形式负责清除化学谷氨酸远离突触。Shaham说,这一发现为研究人员提供了一个独特的机会来定义星形胶质细胞和GLT-1的工作原理。

“科学家多年来一直试图了解星形胶质细胞的功能,而在哺乳动物中,这并不容易,因为这些细胞对于保持神经元存活至关重要,”他说。“但在秀丽隐杆线虫中只有四个CEPsh神经胶质细胞,它们不是神经元存活所必需的。这使我们能够研究谷氨酸转运蛋白的特定作用,而不必担心神经元病的副作用。”

为此,研究人员创造了缺乏GLT-1的秀丽隐杆线虫。令人惊讶的是,这种消耗不会导致突触中的谷氨酸积累,如预期的那样。相反,蠕虫表现出突触谷氨酸水平的振荡 - 以及一种特殊的行为缺陷。

“这些动物以疯狂的速度改变了方向。他们只是继续前进,后退,前进和后退,”理查德·萨洛蒙家庭教授沙哈姆说。“当我们分析这种行为时,我们发现它们是以一种非常有趣的模式实现的。”

C.线虫不时地改变路线是完全正常的。通常,蠕虫每90秒重新定位一次。但是蠕虫而缺少GLT-1,研究人员发现,采取这一行动到了极致:在90秒的时间间隔的动物不执行一个逆转,但他们的阵阵。“就好像一旦他们开始行动,他们就不能停止重复,”卡茨说。转弯,转弯,转弯

进一步的实验表明,谷氨酸受体MGL-2的去除阻断了重复逆转和突触谷氨酸振荡。研究人员得出结论,当谷氨酸没有被有效清除时,这种化学物质会刺激MGL-2,从而引发更多的谷氨酸释放。然后这个过程循环重复;每次谷氨酸释放,它都会激活负责启动逆转的神经元。

“这些研究结果表明了一种简单的模型,可以解释蠕虫如何发生重复,”Katz说。“事实证明,这种模式可能会在更复杂的神经系统中起作用。”

实际上,过去的实验已经表明GLT-1突变导致小鼠中的重复梳理,并且阻断小鼠版本的MGL-2的化合物在其他情况下消除了类似的行为。结合秀丽隐杆线虫的新发现,这项研究表明,异常的谷氨酸分泌可能成为动物王国重复行为的基础 - 提高它们可能与理解人类病理学重复有关。

与这一观点相一致的是,人类遗传学研究发现,强迫症和孤独症谱系障碍患者的谷氨酸信号传导相关突变,这两种情况都伴随着重复行为。

“我们很高兴看到科学文献中的这些联系,因为这意味着我们的研究结果可能有助于揭示一类重要的人类疾病潜在机制,”Shaham说。“而且,更广泛地说,我们发现可以在更简单的蠕虫中研究和验证受人类疾病影响的候选基因。”

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