Новости и мнения

Свет на мозг

Исследователи обнаружили, что фоторецепторы, экспрессируемые в гипоталамусе рыбок данио, способствуют светозависимому поведению.

Личинки рыбок данио без глаз или шишковидной железы все еще могут реагировать на свет, используя фотопигменты, расположенные глубоко в их мозге. Опубликованные сегодня (20 сентября) в журнале Current Biology , результаты являются первыми, которые связывают опсины, фоторецепторы, расположенные в гипоталамусе и других областях мозга, с усилением плавания в ответ на темноту, предполагают исследователи поведения, которые могут помочь рыбе двигаться к лучшему освещению. сред.

«[Это] убедительная демонстрация того, что опсин-зависимые фоторецепторы в глубоких областях мозга влияют на поведение», – сказал Самер Хаттар , который изучает прием света у млекопитающих в Университете Джона Хопкинса, но не участвовал в исследовании.

Фоторецепторы в глазах обеспечивают зрение, а фоторецепторы в шишковидной железе, небольшой эндокринной железе, расположенной в центре мозга позвоночных, регулируют циркадные ритмы. Но фоторецепторы также обнаружены в других областях мозга как беспозвоночных, так и позвоночных. Функция этих экстраокулярных фоторецепторов лучше всего изучена на птицах, где они регулируют сезонное размножение, объяснил Гарольд Берджесс , поведенческий нейрогенетик в Национальном институте здоровья и развития детей Юнис Кеннеди Шрайвер.

Сообщалось о многих опсинах в мозге крошечных и прозрачных личиночных рыбок данио, что повышает вероятность того, что свет может стимулировать фоторецепторы даже в глубине мозга. Чтобы проверить поведение, которое может регулироваться глубокими фоторецепторами мозга, Берджесс и его коллеги из лаборатории Вольфганга Драйвера во Фрайбургском университете удалили глаза у личинок рыбок данио и сравнили их поведение с личинками, которые сохранили глаза. Хотя для большинства зависимых от света поведения требуются глаза, безглазые личинки реагируют при выключении света, увеличивая свою активность на несколько минут, хотя и в несколько меньшей степени, чем контрольные личинки. Но тот факт, что они ответили вообще, говорит о том, что не-ретинальные фоторецепторы способствовали поведению.

Чтобы подтвердить роль глубоких фоторецепторов мозга, исследователи также проверили личинки без глаз, которые были генетически модифицированы для блокирования экспрессии фоторецепторов в шишковидной железе. Эта рыба все еще демонстрировала этот скачок активности в течение нескольких минут после входа в темноту.

Два разных типа опсинов – меланопсин и опсин из нескольких тканей – экспрессируются в одном и том же типе нейрона в гипоталамусе рыбок данио. Берджесс и его коллеги посмотрели на рыбок данио, у которых отсутствует транскрипционный фактор Orthopedia, который уникален для этих нейронов, и обнаружили, что вызванное темнотой повышение активности у этих рыб почти отсутствует. Чтобы еще больше сузить поиск ответственных фоторецепторов, исследователи сверхэкспрессировали меланопсин в нейронах гипоталамуса, которые совместно экспрессируют ортопедию и меланопсин, и обнаружили, что он повышает чувствительность безглазых рыбок данио к уменьшению света. Результаты указывают на то, что меланопсин и ортопедия играют ключевую роль в модуляции этого поведения, и указывают местоположение нейронов, которые совместно экспрессируют эти факторы в гипоталамусе рыбок данио.

Интересно, что гипоталамус является одной из самых старых частей мозга позвоночных, сказал Детлев Арендт , биолог развития в Европейской лаборатории молекулярной биологии в Гейдельберге. «Вполне возможно, что это одна из древнейших функций», которая развивалась в «невизуальных организмах», у которых не было глаз, но которые все еще были необходимы для ощущения света.

Бергесс полагает, что, несмотря на то, что он не так направлен и эффективен, как поведение, зависящее от глаз, которое помогает рыбам плыть к свету, глубокие опсины мозга все же могут приносить пользу личинкам рыбок данио. «Вы можете представить себе ситуацию, когда он не видит света, если на него падает лист, и он не знает, где плавать. Я думаю, что такое поведение переводит его в гиперактивное состояние, когда оно дико плавает в течение нескольких минут, пока не достигнет достаточного количества света, чтобы глаза могли его захватить », – пояснил он, отметив, что такое поведение распространено у беспозвоночных.

Еще неизвестно, регулируют ли эти глубокие мозговые опсины другое поведение, возможно, подобно сезонной гормональной регуляции у птиц, но Хаттар считает, что это вероятно. «Вне всякого сомнения, есть много функций для этих глубоких фоторецепторов мозга».

А. М. Фернандес и др., «Глубокие мозговые фоторецепторы контролируют поведение при поиске света у личинок рыбок данио», Current Biology , 22: 1-6, 2012.

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *