Autonominė nervų sistema organizuoja vidaus organų, tokių kaip širdis ir žarnynas, funkcijas ir yra smegenų ir likusio kūno jungtis. Jis skirstomas į du skyrius – simpatinę ir parasimpatinę sistemas, kurios dažnai apibūdinamos atitinkamai kaip kūno akceleratorius ir stabdžiai. Pavyzdžiui, simpatinė nervų sistema suaktyvina „kovok arba bėk“ reakciją, reaguodama į pavojų, sutelkdama energiją į tiesioginį išgyvenimą ir sustabdydama mažiau skubias funkcijas, tokias kaip virškinimas.
Dabar naujasis Caltech tyrimas atskleidžia įvairias simpatinės nervų sistemos neuronų populiacijas ir atskleidžia, kaip jie kontroliuoja vidaus organų funkcijas specifiniu organo būdu.
Tyrimas, paskelbtas žurnale Gamta lapkričio 27 d., jam vadovavo magistrantas Tongtong Wang ir buvo atliktas Yuki Okos, biologijos profesoriaus ir paveldo medicinos tyrimų instituto tyrėjo, laboratorijoje.
Oka laboratorijoje atliekami tyrimai skirti suprasti, kaip smegenys ir kūnas bendradarbiauja, kad išlaikytų sveiką vidinę pusiausvyrą. 2022 m. komanda atrado sistemą tarp kūno ir smegenų, kuri perduoda signalus apie hidratacijos lygį. Tačiau mechanizmų, kuriais smegenys reguliuoja kitas kūno funkcijas, pavyzdžiui, kovok arba bėk atsaką, mokslininkai seniai nepastebėjo.
„Vegetatyvinės sistemos anatomija ir funkcija buvo žinomos daugiau nei šimtmetį, tačiau stebėtinai mažai suprantame autonominių neuronų ląstelių ir funkcinę įvairovę”, – sako Oka.
Nors centrinę nervų sistemą sudaro galvos ir nugaros smegenų neuronai, simpatinę arba periferinę autonominę nervų sistemą sudaro viso kūno ganglijose (grupėse arba klasteriuose) esantys neuronai, inervuojantys regionai, tokie kaip žarnynas ir širdis. Nors buvo sukurti pažangūs metodai smegenų neuronams tirti, autonominių neuronų tyrimas periferijoje buvo sudėtingesnis.
Tradiciškai simpatinė nervų sistema buvo vertinama kaip vientisas tinklas, turintis didelę įtaką organų funkcijoms. Šis naujas tyrimas meta iššūkį šiai paradigmai ir parodo, kaip konkrečios simpatinės sistemos dalys atlieka unikalius darbus.
Naujajame tyrime Wang sujungė du molekulinius metodus, vienos ląstelės RNR sekos nustatymą ir erdvinę transkripto analizę, kad ištirtų pagrindinių simpatinių ganglijų, kurios inervuoja pelių pilvo organus, pavyzdžiui, žarnas, ląstelių genų ekspresijos modelius.
Įdomu tai, kad komanda rado mažiausiai dvi skirtingas neuronų populiacijas, išreiškiančias skirtingus genų rinkinius. Tolesnis tyrimas naudojant genetiškai modifikuotas peles atskleidė, kad viena iš šių neuronų grupių nukreipta į virškinamąjį traktą, o kitos – į sekrecines sritis, įskaitant kasą ir tulžies takus.
„Įvairių simpatinių neuronų populiacijų, turinčių specifinę organų inervaciją, atradimas buvo elektrifikuojamas, nes tai leidžia tiksliai kontroliuoti ir moduliuoti kūno funkcijas“, – sako Wang.
Toliau komanda siekė suprasti, kaip šie skirtingi neuronų tipai priežastingai veikia fiziologinius procesus. Pirmiausia jie sutelkė dėmesį į tulžies sekreciją – skystį, kurį nedideliais kiekiais gamina kepenys ir išskiria į žarnyną riebalams virškinti.
Bendradarbiaudama su Caltech Wei Gao – medicinos inžinerijos profesoriaus, Paveldo medicinos tyrimų instituto tyrėjo ir Ronaldo ir JoAnne Willenso mokslininko – laboratorijos mokslininkais, komanda sukūrė mikrofluidinį prietaisą, galintį aptikti niuansuotus tulžies sekrecijos pokyčius nanolitrų lygmeniu, in vivo. .
Naudodami genetines perturbacijos priemones, kad selektyviai suaktyvintų kiekvieną unikalią neuronų populiaciją, jie nustatė, kad viena simpatinių neuronų klasė slopina virškinimo sekreciją, tuo pačiu padidindama gliukagono, hormono, labai svarbaus cukraus kiekiui kraujyje didinti, išsiskyrimą. Pažymėtina, kad kita neuronų klasė savarankiškai slopino žarnyno judrumą – žarnyno raumenų suspaudimą, kad maistas būtų stumiamas kartu.
„Tai buvo tarsi jungiklių perjungimas sudėtingoje mašinoje ir stebėjimas, kaip kiekviena dalis reaguoja“, – aiškina Wang.
Oka priduria: „Modulinis išdėstymas, kurį mes atskleidėme, reiškia, kad kūnas gali tiksliai sureguliuoti kiekvieno organo veiklą nepaveikdamas kitų. Tai yra valdymo lygis, kurio mes anksčiau visiškai neįvertinome.”
Šis atradimas turi didelę reikšmę įvairių sveikatos būklių supratimui ir gydymui. Daugelis ligų yra susijusios su tam tikrų organų disfunkcija, o specialių nervų takų supratimas atveria naujas gydymo galimybes.
Nors simpatinė nervų sistema bene geriausiai žinoma kaip reaguojanti į tokias grėsmes kaip plėšrūnai, simpatinius neuronus gali suaktyvinti ir kiti stresoriai, pavyzdžiui, mažas gliukozės kiekis organizme. Reikia daugiau tyrimų, kad suprastume sudėtingus smegenų ir kūno signalizacijos kelius, kurie apdoroja, integruoja ir reaguoja į įvairius streso signalus.