Японские биологи выяснили, что в условиях недостатка питательных веществ нейроны дрозофил, отвечающие за восприятие вредных стимулов и активацию поведения избегания, вырастают более разветвленными и сложными, но становятся менее чувствительными к раздражителям. По-видимому, этот механизм оптимизирует процессы поиска пищи и избегания угроз окружающей среды.
Питательные вещества необходимы для жизни любого организма. Известно, что развитие нервной системы, включая рост дендритов и аксонов, требует энергетически затратных метаболических процессов. Однако мало что известно о том, как определенные питательные вещества влияют на развитие нейронов. Теперь ученые из Киотского университета (Япония) исследовали регуляторные механизмы зависимого от питательных веществ развития нейронов. Результаты их исследования опубликованы в журнале eLife.
Моделью стали плодовые мушки Drosophila и их нейроны C4da. Эти нервные клетки личинок насекомых располагаются между эпидермисом и мышцами стенки тела. Они воспринимают опасные тепловые, механические и световые раздражители и передают информацию о них центральной нервной системе, которая, в свою очередь, активирует поведение избегания.
Во время экспериментов ученые выяснили, что скудная диета с низким содержанием питательных веществ вызывает активный рост и сложное ветвление дендритов C4da. Причем этот процесс зависит не от низких концентраций аминокислот, а от одновременной нехватки витаминов, ионов металлов и холестерина.
В экспериментах ученые использовали метод нокдауна — подавления определенных генов. Таким образом им удалось определить эту межорганную передачу сигналов, регулирующую фенотип ветвистых нейронов. Оказалось, дефицит витаминов и ионов повышает выработку сигнальных молекул мышцами стенок тела, которые активируют белок Akt внутри нейронов, способствующий сложному ветвлению дендритов.
Хотя этот избыточный рост нейронов C4da, несмотря на бедную питательными веществами среду, уже противоречит здравому смыслу, ученых еще больше заинтриговало то, что эти клетки становятся менее чувствительными к опасным световым раздражителям. По мнению авторов работы, подобное развитие соматосенсорных нейронов, зависящее от питательных веществ, играет роль в оптимизации компромисса между поиском пищи и избеганием угроз окружающей среды.