Посмотреть, что происходит в нервной системе животного – беспозвоночного или позвоночного – в момент движения по понятным причинам очень непросто. Чтобы понять, какие цепочки нейронов контролируют конечности при движении, необходимо измерить их активность непосредственно в момент движения. Авторы недавней статьи в Nature Communications решили применить для этих целей двухфотонную микроскопию.
С ее помощью они наблюдали за тем, что происходит в брюшном нервном стволе у плодовой мушки дрозофилы во время ее движения, а также когда мушка «чистится» – активно трет лапками друг об друга, стоя на месте. Двухфотонная микроскопия – это разновидность флуоресцентной микроскопии, которая, в отличие от конфокальной микроскопии, обычно применяемой для детального исследования клеток и тканей, обладает большей проникающей способностью и меньшей фототоксичностью, благодаря чему с ее помощью можно длительное время наблюдать за живым объектом.
Исследователи смогли идентифицировать три функциональных типа нейронов брюшного ствола, отвечающих за движение: восходящие нейроны лунной походки, нисходящие нейроны лунной походки, а также ранее неизвестный тип нисходящих двигательных нейронов, получивший скромное название A1. К слову, первые две группы нейронов, описанные в 2014 году, получили свои названия за характерное движение мухи, похожее на походку Майкла Джексона, которое происходит при их стимуляции: при стимуляции восходящих нейронов муха движется задом наперед, подобно королю поп-музыки, а стимуляция нисходящих нейронов не дает мухе переключиться на нормальное движение.
Ученые решили подобраться ближе к брюшному нервному стволу, разрушив мышцы, которые косвенно связаны с полетом и загораживают его. Для этого они активировали экспрессию белка Reaper, вызывающего апоптоз (запрограммированную гибель) в клетках этих мышц. Под действием Reaper мышцы крыльев полностью разрушались за несколько дней.
Получив полный доступ к ключевому двигательному центру мухи, исследователи смогли более точно измерить его активность при ходьбе. Разработанный ими метод слежки за нервной активностью непосредственно во время движения, основанный на двухфотонной микроскопии и разрушении мышц, которые загораживают двигательный центр, в дальнейшем можно будет использовать для изучения и более сложных двигательных программ.
Текст: Елизавета Минина
Chen, C.-L., Hermans, L., Viswanathan, M. C., Fortun, D., Aymanns, F., Unser, M., … Ramdya, P. (2018). Imaging neural activity in the ventral nerve cord of behaving adult Drosophila. Nature Communications, 9(1). doi:10.1038/s41467-018-06857-z
Mann, R. S. (2014). The Michael Jackson Fly. Science, 344(6179), 48–49. doi:10.1126/science.1252431