Новое исследование показывает, как нейроны регулируют функции органов
Новое исследование ученых из Калифорнийского технологического института иллюстрирует, как определенные части симпатической нервной системы выполняют уникальные функции.
Автономная нервная система организует функции внутренних органов и действует как связующее звено между мозгом и телом. Эти функции классифицируются как симпатические и парасимпатические пути, которые часто представляются как ускоритель и тормоз соответственно.
Однако наше нынешнее понимание автономной системы, особенно симпатической системы, крайне ограничено. Известно, что симпатическая нервная система реагирует на стимулы посредством реакции «бей или беги». Например, во время опасности она отдает приоритет использованию энергии для критических операций, а не для менее срочных функций, таких как пищеварение.
В исследовании 2022 года группа ученых обнаружила систему, которая передает сигналы об уровнях гидратации от тела к мозгу. Однако фактический механизм, регулирующий эти функции, не был изучен целостно.
Новое исследование ученых из Калтеха, опубликованное в журнале Nature, раскрывает разнообразные нейроны в симпатической нервной системе, которые координируют мозг и тело для поддержания здорового внутреннего баланса. Это исследование бросает вызов более раннему мнению о том, что симпатическая нервная система — это всего лишь однородная сеть, которая контролирует функции органов.
«Анатомия и функции автономной нервной системы известны уже более столетия, но у нас на удивление мало знаний о клеточном и функциональном разнообразии автономных нейронов», — говорит Юки Ока, автор работы.
В отличие от центральной нервной системы, которая включает нейроны в головном и спинном мозге, симпатическая нервная система укореняет нейроны в ганглиях по всему телу. Несмотря на то, что продвинутые компьютерные симуляции предлагают глубокий взгляд на мозг, изучение автономных нейронов на периферии является сложной задачей.
Чтобы должным образом изучить паттерны экспрессии генов клеток в основных симпатических ганглиях, команда использовала секвенирование РНК отдельных клеток и пространственный транскриптомный анализ. Экспериментаторы обнаружили две различные популяции нейронов с разными наборами генов.
Одна из групп нейронов воздействует на желудочно-кишечный тракт, а другая — на поджелудочную железу и желчные пути.
«Открытие разнообразных популяций симпатических нейронов с органоспецифической иннервацией было потрясающим, поскольку оно позволяет точно контролировать и модулировать функции организма», — говорит ведущий автор Тонгтун Ван.
Для дальнейшего изучения их влияния на физиологические процессы исследователи обратили внимание на желчный сок из печени. На генетически модифицированных мышах исследователи использовали несколько передовых инструментов. Они обнаружили, что один класс симпатических нейронов подавляет пищеварительную секрецию и увеличивает выброс глюкагона, чтобы настроиться на непосредственные потребности организма.
Между тем, другой класс нейронов независимо осуществлял моторику кишечника. Ученые говорят об этом как о «переключение тумблеров в сложной машине и наблюдение за тем, как реагирует каждая часть».
«Модульная структура, которую мы обнаружили, означает, что организм может точно настраивать деятельность каждого органа, не влияя на другие. Это уровень контроля, который мы раньше не могли оценить в полной мере».
Хотя симпатическая нервная система хорошо известна своей реакцией на угрозы, это новое исследование показывает, что новые стрессоры, такие как низкий уровень глюкозы, также могут активировать симпатические нейроны. С этим открытием исследователи получат новые пути лечения заболеваний.