Ученые определяют молекулярное движение, которое соединяет кишечник с мозгом, с поведением в моделях червей.
Будь то опрометчивые решения или раздражительность, голод может заставить нас думать и действовать по-другому — даже «голодными». Но мало что известно о том, как сигналы голода в кишечнике взаимодействуют с мозгом, чтобы изменить поведение. Теперь ученые Солка используют червей в качестве модели для изучения молекулярных основ и помогают объяснить, как голод заставляет организм жертвовать комфортом и принимать рискованные решения, чтобы получить еду.
Их последние результаты, опубликованные в PLOS Genetics 5 мая 2022 года, показывают, что белки в клетках кишечника динамично перемещаются, чтобы передавать сигналы о голоде, в конечном итоге заставляя червей преодолевать токсичные барьеры, чтобы добраться до пищи. Подобные механизмы могут встречаться и у людей.
«Животные, будь то скромный червь или сложный человек, все делают выбор, чтобы прокормить себя, чтобы выжить. Подклеточное движение молекул может управлять этими решениями и, возможно, является фундаментальным для всех видов животных », — говорит старший автор Sreekanth Chalasani. доцент Лаборатории молекулярной нейробиологии Солка.
Чаласани и его команда использовали крошечного червя под названием Caenorhabditis elegans в качестве модели, чтобы определить, как голод приводит к поведенческим изменениям . Исследователи создали барьер из сульфата меди, который является известным средством от червей, между голодными червями и источником пищи . Они заметили, что если червей лишать пищи на два-три часа, то они с большей готовностью преодолевают токсичный барьер по сравнению с сытыми червями.
Используя генетические инструменты и методы визуализации, исследователи затем исследовали молекулы кишечника, которые могут посылать сигналы в мозг. Они обнаружили, что специфические факторы транскрипции , белки, которые включают и выключают гены, перемещаются у голодных животных. В норме факторы транскрипции находятся в цитоплазме клетки и перемещаются в ядро только после активации — подобно тому, как мы живем дома, но идем в офис, чтобы выполнить работу.
Команда была удивлена, обнаружив, что эти факторы транскрипции, называемые MML-1 и HLH-30, возвращаются в цитоплазму, когда червь голоден. Когда ученые удалили эти факторы транскрипции, голодные черви перестали пытаться преодолеть токсический барьер. Это указывает на центральную роль MML-1 и HLH-30 в контроле того, как голод меняет поведение животных.
В последующем эксперименте исследователи также обнаружили, что белок, называемый инсулиноподобным пептидом INS-31, секретируется кишечником, когда MML-1 и HLH-30 находятся в движении. Нейроны в головном мозге, в свою очередь, создают рецептор, который может обнаруживать секрецию INS-31.
Подводя итог: недостаток пищи приводит к перемещению MML-1 и HLH-30, что может способствовать секреции INS-31. Затем пептиды INS-31 связываются с рецепторами на нейронах, чтобы передавать информацию о голоде и вызывать рискованное поведение, связанное с поиском пищи.
«C. elegans более сложны, чем мы думаем», — говорит соавтор исследования Молли Мэтти, научный сотрудник лаборатории Чаласани. «Их кишечник чувствует нехватку пищи и сообщает об этом в мозг. Мы считаем, что эти движения факторов транскрипции — это то, что побуждает животное принимать решение о риске и вознаграждении, например, преодолевать неприятный барьер, чтобы добраться до еды».
Затем ученые продолжат изучение динамической природы этих факторов транскрипции и лежащих в их основе механизмов. При дальнейшей работе эти результаты могут дать представление о том, как другие животные, такие как люди, отдают приоритет основным потребностям над комфортом.
