Серотонін активізує загальне харчування шляхом активації двох окремих нервових шляхів при ценоргабдиті

Пісня Бо-мі

1 Відділ молекулярної біології Південно-західного медичного центру Техаського університету, Даллас, Техас 75390-9148, та

Леон Евері

2 Кафедра фізіології та біофізики Університету Співдружності штату Вірджинія, Річмонд, Вірджинія 23298-0551

Вклад автора: Б.-м.С. розроблені дослідження; Б.-м.С. виконані дослідження; L.A. внесли неопубліковані реагенти/аналітичні інструменти; Б.-м.С. та Л.А. проаналізували дані; Б.-м.С. і Л.А. написав роботу.

Анотація

Вступ

Зростаюча епідемія ожиріння та розладів харчування вимагає вивчення регуляторних механізмів прийому їжі. Споживання їжі регулюється різними екологічними та внутрішніми показниками, такими як сенсорні фактори, стан харчування, переробка емоцій, прийняття рішень та навчання (Berthoud, 2004; Zheng and Berthoud, 2008). Вивчення мутантів, споживання їжі яких змінюється за різних умов, значно покращило наше розуміння регуляторних механізмів (Barsh and Schwartz, 2002).

Caenorhabditis elegans, бактеріоїдний аскарида, є привабливим модельним організмом для вивчення регулювання споживання їжі. Генетична маніпуляція проста, а анатомія проста (Шафер, 2005). Поведінка годування у C. elegans була добре охарактеризована і піддається кількісному аналізу. Більше того, молекули, які контролюють споживання їжі, також принаймні частково зберігаються у C. elegans (Douglas et al., 2005; You et al., 2008; Kaun and Sokolowski, 2009).

Зів, нервово-м’язова трубка, є органом живлення C. elegans. Глотка складається з восьми м’язів і 20 нейронів 14 типів. П'ять великих глоткових м'язів з'єднані щілинними з'єднаннями і складають три функціональні частини глотки, корпус, перешийк і кінцеву цибулину, які розташовані спереду назад (див. Рис. 5) (Albertson and Thomson, 1976) . Тіло приймає їжу з навколишнього середовища і накопичує їжу в передньому перешийку шляхом її скорочення та подальшого розслаблення. Накопичена їжа транспортується до кінцевої цибулини перистальтичним рухом заднього перешийка. Подрібнювач в кінцевій колбі подрібнює їжу для всмоктування поживних речовин у кишечнику. М’язи глотки демонструють два рухи годування, накачування та перистальтику перешийка (ІП). Накачування - це синхронізоване скорочення та подальше розслаблення тіла, переднього перешийка та кінцевої цибулини (див. Рис. 5 А). Перистальтика перешийка - це перистальтичний рух заднього перешийка (див. Рис. 5 Б).

Модель регуляції годування серотоніном. A, У відповідь на серотонін SER-7 у клітині MC автономно активує свій сигнальний шлях Gsα, що згодом стимулює нагнітання глотки, активуючи холінергічну передачу від MC до м’язів глотки. , У відповідь на серотонін SER-7 в M4 (і, можливо, в M2) активує свої подальші шляхи G12α в клітинному режимі, що згодом активує M4. Стимул від активного M4, поряд з вивільненням щільних серцевинних ядер, керованих невстановленим шляхом, активує перистальтику перешийка. Сигнальний шлях Gsα та холінергічна передача вниз за течією також сприяють активації перистальтики перешийка, але місця їх дії не охарактеризовані. З огляду на те, що експресія SER-7 у M4 повністю відновленої швидкості перистальтики перешийка у нульовому мутанті ser-7, цілком ймовірно, що вивільнення щільних ядерних пухирців з неідентифікованих клітин є конститутивно активним, а не ініційованим серотоніном. C., Стимули активного нейрону М4 та передньої частини глотки, збуджені насосом, необхідні для активації перистальтики перешийка. За відсутності будь-якого стимулу перистальтика перешийка не виникає.

Як і інші тварини, C. elegans активізує прийом їжі, активізуючи рухи годування у відповідь на їжу (бактерії) (Croll, 1978). Серед 14 типів глоткових нейронів лише МС та М4 є важливими для нормальної швидкої перекачки та для перистальтики перешийка відповідно (Avery та Horvitz, 1987, 1989). Однак механізми, за допомогою яких нейрони глотки активізують живлення у відповідь на бактерії, невідомі. Тут ми спробували зрозуміти механізми, вивчаючи процес, за допомогою якого серотонін активує годування, з наступних причин: По-перше, серотонін - це передбачуваний харчовий сигнал, який контролює годування у C. elegans. Серотонін імітує вплив їжі при контролі множинної поведінки, включаючи активацію нагнітання глотки (PP) (Horvitz et al., 1982). Серотонін збільшує нагнітання глотки у відповідь на бактерії (Sze et al., 2000). По-друге, серотонін активує накачування через 5-HT тип 7 рецептора SER-7, який експресується в безлічі глоткових нейронів, включаючи MC і M4 (Hobson et al., 2006). Насправді для активації накачування серотоніну потрібна холінергічна передача від МС до м’язів глотки (Raizen et al., 1995). Крім того, експресія SER-7 у M4 підвищує ймовірність того, що серотонін також активує перистальтику перешийка.

Матеріали і методи

Загальні методи та штами

За винятком випадків, коли зазначено інше, C. elegans культивували при 19 ° C, як описано Brenner (1974). Усі використані черв’яки були гермафродітами. Тільки в основному тексті показано назву гена. Були використані наступні мутантні алелі.

Нульові мутації.

Нульові мутації були такими: mod-1 (ok103) V, ser-4 (ok512) I, ser-1 (ok512) III, ser-7 (tm1325) X, eat-2 (ad465) II, gsa-1 ( pk75) I, acy-1 (pk1279) III, gpa-12 (pk322) X, dgk-1 (sy428) X, pkc-1 (nj3) V, unc-13 (s69), unc-31 (e928), tph-1 (мг280).

Гіпоморфні мутації.

Гіпоморфні мутації були такими: kin-2 (ce179) X, cha-1 (p1152) IV.

Мутації посилення функції.

Мутації посилення функції були такими: gsa-1 (ce81gf) I, acy-1 (ce2gf) III, HS: gsa-1 (Q227L), punc-17: gpa-12 (Q205L), punc- 17: rho-1 (G14V), punc-17: pkc-1B (A160E).