Исследователи из Токийского университета раскрыли молекулярный механизм, ответственный за включение и выключение миграционных действий у червей-нематод. Команда обнаружила, что белок синтаксин играет жизненно важную роль в сохранении памяти в нервной системе, и что его изменение может повлиять на миграционное поведение нематод. Это направление исследований может однажды помочь нам лучше понять миграционное поведение более крупных видов, таких как млекопитающие.

Как рыбы узнают, куда вернуться на нерест? Или пчелы помнят, на каких полях много пыльцы? Хотя части этого миграционного процесса понятны, все еще остаются некоторые загадки относительно точного процесса, который заставляет животных решать идти налево на следующем изгибе реки или направо на большом камне, в частности, когда они пытаются понять этот процесс на молекулярном уровне . .

Крошечный червь, называемый нематодой, помог исследователям найти ключ к разгадке этого процесса. «Черви помнят концентрацию соли , которую они испытали, когда были хорошо накормлены. После этого они продолжают искать эту конкретную концентрацию соли, вероятно, ожидая комфортных условий с обильным питанием», — объяснил профессор Юичи Иино из Высшей школы наук Университета. Токио.

На молекулярном уровне решения принимаются, когда белки в организме включаются или выключаются в процессе, называемом фосфорилированием. Команда уже знала, что белок под названием протеинкиназа C (PKC) играет ключевую роль в выборе пути червей относительно концентрации соли. Однако они не знали, какие другие белки включаются, выключаются или фосфорилируются с помощью PKC.

«Ключевой вывод, сделанный Шинго Хироки, ведущим автором и докторантом в то время, заключался в том, что фосфорилирование синтаксин ( белок на стыке между нейронами) может хранить память в нервной системе», — сказал Иино. «Синтаксин играет центральную роль в синаптической передаче, связи между нейронами, которая необходима для функционирования нашей нервной системы у широкого круга видов».

Далее команда изучила, как изменение синтаксин может привести к обратному поведению червей. Вместо того, чтобы двигаться к соли, манипулируемые черви удалялись.

«Второй ключевой вывод Шинго заключался в том, что рецепторы с различной чувствительностью могут активироваться в зависимости от уровня постоянного синаптического высвобождения, называемого базальным высвобождением», — сказал Иино. Синаптическое высвобождение — это процесс, при котором нейротрансмиттеры или химические сообщения в организме передаются от одного нейрона к другому. «Он обнаружил, что на одних и тех же нейронах есть возбуждающие рецепторы (которые активируют нейрон) и тормозные рецепторы (которые инактивируют его), но возбуждающие рецепторы менее чувствительны. Это означает, что при более высоком уровне базального синаптического высвобождения , что определяется фосфорилированием синтаксин, включается скорее возбуждающий рецептор, чем тормозной».

Было проведено много исследований синаптической передачи, но в большинстве случаев описано усиление и ослабление передачи. Однако в этом исследовании синаптическая передача переключилась с положительной на отрицательную. «Это означает, что червь может выбирать, приближаться ли к более высокой концентрации соли или избегать ее, в зависимости от контекста», — пояснил Иино. «Это было бы невозможно простым усилением или ослаблением реакции соли, что просто изменило бы скорость приближения». По словам исследователей, изменение базального высвобождения может легко достичь этого переключения с помощью простого механизма.

Следующим шагом является дальнейшее изучение роли синтаксина в хранении памяти и связи между базальным высвобождением и синаптической передачей. «Оба направления исследований могут расширить наше фундаментальное понимание миграционной памяти молекул».

Текущее исследование опубликовано в Nature Communications.