Сотрудники Научно-исследовательского института физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского, факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ имени М.В. Ломоносова и института проблем передачи информации имени А.А. Харкевича РАН обнаружили в мышечных клетках кишки нематоды Heterorhabditis megidis новый тип распространения возбуждения. Ранее подобное распространение электрического сигнала считали характерным только для нервной ткани. Результаты и сследований были опубликованы в журнале Scientific Reports .
Паразитические нематоды Heterorhabditis megidis
Нематоды — это круглые черви, которые обитают в почве, пресных водах и морях, а многие их виды приспособились к паразитическому образу жизни. Свободноживущая нематода Caenorhabditis elegans стала излюбленным модельным организмом для исследований в разных областях биологии. Однако размеры этого организма довольно малы, поэтому ученым сложно проводить некоторые типы исследований.
«Мы обнаружили, что у нематоды Caenorhbditis elegans в клетках средней кишки автономно генерируются ритмические изменения концентрации кальция, которые управляют процессом дефекации. Ритм в клетках кишки синхронизируется через соединяющие их щелевые контакты. Но исследовать электрофизиологию ритмической активности средней кишки на C. elegans затруднительно из-за мелких размеров клеток у этого объекта. Поэтому мы исследовали родственную C. elegans нематоду Heterorhabditis megidis, которая отличается крупными размерами клеток кишки», — рассказал один из авторов статьи, старший научный сотрудник НИИ ФХБ имени А.Н. Белозерского МГУ Дмитрий Воронов.
В покое для клеток, генерирующих или распространяющих потенциал действия (спайк, подробнее о том, что такое потенциал действия — в нашем материале), мембранный потенциал отрицательный. Потенциал действия — это перемещающееся вдоль мембраны возбудимой клетки изменение потенциала «в плюс» (деполяризация). Через фиксированное короткое время потенциал клетки возвращается к исходному отрицательному значению. При помощи потенциалов действия возбудимые клетки, к которым относят главным образом нейроны и миоциты, передают сигналы. Передача сигнала осуществляется через специальные структуры — электрические синапсы, или щелевые контакты. Так, например, упорядоченные сокращения сердца обусловлены как раз передачей потенциалов действия через щелевые контакты.
В ходе электрофизиологических исследований учёные обнаружили спонтанную ритмическую активность, отличающуюся необычными свойствами. В клетках кишки нематоды, относящихся к энтодерме и не рассматриваемых как возбудимые, возникают электрические потенциалы, похожие по ряду признаков на обычные потенциалы действия, но противоположной полярности.
«Оказалось, что клетки кишки ведут себя почти так же, как нервные клетки. Раньше считалось, что они не возбудимые, но мы выяснили, что так же, как и в нервных и мышечных клетках, в них может возникать импульс и передаваться от клетки к клетке», — добавил один из авторов статьи Юрий Панчин.
В покое мембранный потенциал клетки кишки нематоды положительный. Отклонение этого потенциала «в минус» (гипероляризация) ниже определенного порога включает дальнейшее падение потенциала клетки. Как и обычный спайк, через фиксированное время потенциал клетки кишки возвращается к исходному значению.
«Таким образом, мы нашли новый тип распространяющегося электрического потенциала в клетках, которые не принято относить к возбудимым, и выяснили, что само понятие возбудимые клетки требует пересмотра», — заключили ученые.
Текст: пресс-служба МГУ
Electrophysiology of the rhythmic defecation program in nematode Heterorhabditis megidis
Victor P. Kuznetsov, Georgy A. Slivko-Koltchik, Dmitry A. Voronov & Yuri V. Panchin
Scientific Reports, volume 7, Article number: 17834(2017)
doi:10.1038/s41598-017-18118-y