Cercetătorii de la St. Jude creează un atlas celular al neuronilor spinali implicați în coordonarea motorie
Cercetătorii de la St. Jude Children’s Research Hospital au realizat un atlas celular unic al unei clase esențiale de neuroni spinali care contribuie la coordonarea motorie.
Din această resursă, au identificat un mic subgrup de interneuroni asociați cu viteza mișcărilor ritmice, precum mersul. Rezultatele, care au implicații pentru înțelegerea funcției măduvei spinării și recuperarea după leziuni, au fost publicate în Nature Communications.
Un grup de neuroni care se întinde pe lungimea măduvei spinării este responsabil pentru procesarea și coordonarea informațiilor provenite din creier și sistemul nervos periferic, îndreptându-se către neuronii motori. Acești interneuroni joacă un rol crucial în direcționarea activității neuronilor motori care determină contracția musculară și controlează mișcarea corpului. O populație de aceste celule, denumită interneuroni V1, are un rol intim în controlul motor, dar funcțiile subgrupurilor specifice de celule V1 au rămas neclare. Studiul actual clarifică modul în care celulele V1 îndeplinesc multiple funcții motorii prin documentarea cuprinzătoare a acestora într-un model de șoarece.
Înțelegerea rolului diferitelor tipuri de neuroni ne oferă perspective mai clare asupra modului în care funcționează aceste circuite neuronale de la creier la mușchi, ceea ce ar putea fi important pentru ajutarea recuperării după leziuni ale măduvei spinării. Crearea acestei baze de date la nivel de celulă și demonstrând cum poate fi utilizată pentru a înțelege funcția reprezintă un prim pas către acest obiectiv.
Pentru a crea atlasul celular, cercetătorii au utilizat secvențierea la nivel de nucleu unic pentru a măsura expresia genelor în interneuronii V1 dintr-un model de șoarece. Apoi, au organizat celulele în subgrupuri mai mici pe baza caracteristicilor lor moleculare și au creat o bază de date online pentru a fi explorată de alți cercetători. Cu atlasul la dispoziție, echipa a abordat o întrebare de lungă durată despre cum măduva spinării menține mișcarea ritmică.
Identificarea neuronilor care controlează viteza
Pentru multe procese, cum ar fi mersul sau respirația, sistemul nervos creează un model central, care permite oamenilor să se miște ritmic fără a se concentra asupra mișcării. Studiile anterioare au arătat că interneuronii V1 joacă un rol important în controlul vitezei anumitor comportamente ritmice, cum ar fi locomotia. Eliminarea acestora în sisteme de model încetinește ritmul și provoacă probleme suplimentare cu flexarea și extinderea membrelor. Totuși, deoarece interneuronii V1 conțin multe subgrupuri diferite, oamenii de știință nu știau dacă aceleași celule controlau atât viteza mișcării, cât și modelele de flexie-extensie, sau dacă aceste funcții erau împărțite între celule diferite.
Pentru a găsi răspunsul, grupul lui Bikoff a comparat atlasul său celular unic cu un ecran similar la nivel de celulă din șoareci cu un gen cheie eliminat din celulele V1. Acești șoareci aveau ritmuri de mișcare mai lente, dar fără semne de hiperflexie. Compararea a relevat că un grup, și doar un grup, de celule lipsea din acești șoareci.
„Am descoperit că viteza locomotorie încetinită și hiperflexia erau separabile, sugerând că acestea ar putea fi controlate de celule diferite”, a afirmat Bikoff. „Intrigant, am constatat că pierderea unei mici subpopulații de interneuroni V1, V1Pou6f2, era asociată doar cu încetinirea vitezei, implicând acești neuroni în controlul vitezei mișcărilor ritmice ale corpului nostru, dar nu și în flexie sau extensie.”
Descompunerea problemelor mari în celule individuale
Studiul arată cum un atlas celular unic poate fi utilizat pentru a subdiviza un grup mare de neuroni și a obține o înțelegere mai bună a componentelor individuale care formează întregul. Prin conectarea modelelor de expresie genică la celule specifice care sunt candidați pentru guvernarea diferitelor funcții, baza de date oferă cercetătorilor o modalitate de a genera și testa noi ipoteze despre circuitele măduvei spinării, având implicații pentru tratamentul leziunilor măduvei spinării sau bolilor neurodegenerative.
„Am demonstrat că această bază de date de interneuroni la nivel de celulă poate fi utilizată ca o resursă pentru a descompune modul în care o populație multifuncțională de celule poate fi separată în componentele sale individuale”, a spus Bikoff. „Am arătat că poate revela biologia necunoscută, oferind potențialul de a descoperi noi părți ale circuitului neuronal care ne-ar putea ajuta să găsim noi modalități de a îmbunătăți recuperarea pacienților cu leziuni ale măduvei spinării.”
