Cilii din creier pot fi mai ocupați decât se credea anterior

Celulele nervoase din creier fac conexiuni elaborate și schimbă mesaje fulgerătoare care captivează oamenii de știință. Dar aceste celule prezintă și proeminențe mai simple, asemănătoare părului, numite cili. Mult timp trecute cu vederea, cioturile mici pot avea de fapt locuri de muncă mari în creier.

Cercetătorii descoperă roluri pentru cilii celulelor nervoase într-o varietate de funcții ale creierului. Într-o regiune a creierului legată de apetit, de exemplu, cilii par să joace un rol în prevenirea obezității, au raportat cercetătorii pe 8 ianuarie în trei studii în Genetica naturii. Cilii așezați pe celulele nervoase pot contribui, de asemenea, la dezvoltarea creierului, la comunicarea celulelor nervoase și, eventual, chiar la învățare și memorie, sugerează alte cercetări.

„Poate că fiecare neuron din creier posedă cili și majoritatea neuroștiinței nu știu că sunt acolo”, spune Kirk Mykytyn, biolog celular la Colegiul de Medicină al Universității de Stat din Ohio din Columbus. „Există o mare deconectare acolo.”

Majoritatea celulelor din organism – inclusiv cele din creier – posedă ceea ce se numește un cilio primar, format din molecule de lipide și proteine. Funcțiile pe care le îndeplinesc aceste anexe în părți ale corpului încep să se concentreze (SN: 11/3/12, str. 16). Cilii din nas, de exemplu, detectează moleculele de miros, iar cilii de pe celulele tije și con din ochi ajută la vederea. Dar cilii din creier sunt mai misterioși.

Noua cercetare oferă o oarecare claritate. Într-un studiu, geneticianul molecular Christian Vaisse de la Universitatea din California, San Francisco, și colegii săi au studiat mutațiile unei proteine ​​numite MC4R despre care se știe că provoacă obezitate severă la oameni. Experimentele pe șoareci au arătat că MC4R se află în mod normal în cilii de pe celulele nervoase care controlează apetitul. Dar câteva dintre aceste mutații au împiedicat MC4R să ajungă la cilii acelor celule din alte părți ale celulelor, au arătat experimentele pe celule din vase. Și una dintre aceste mutații a împiedicat MC4R să ajungă la cilii celulelor nervoase în creierul șoarecilor.

Când cercetătorii au interferat cu ADCY3, o proteină din cili care ajută MC4R să regleze apetitul, șoarecii care au rezultat au devenit obezi. Aceste rezultate sugerează că MC4R trebuie să ajungă la cili pentru a interacționa cu ADCY3 și pentru a funcționa corect. În celelalte două lucrări, oamenii de știință leagă ADCY3 genă la obezitate la oameni, oferind mai multe dovezi că cilii sunt implicați în obezitate.

Povestea continuă după grafică

Echipa dublă

Proteinele numite ADCY3 (roșu; săgeți galbene pentru accentuare) și MC4R (verde) pot fi găsite în cilii primari ai celulelor nervoase (nucleii sunt albaștri) despre care se știe că sunt implicați în controlul apetitului. Împreună, proteinele (galben în imaginea compozită) pot fi implicate în obezitate.

Această legătură a fost deja găsită în cazuri rare. Mutațiile care afectează cilii pot provoca obezitate severă, așa cum se observă cu boli precum sindromul Bardet-Biedl. Dar noile rezultate sugerează că cilii anormali pot fi implicați mai larg în obezitate. Studiile genetice anterioare au legat obezitatea de MC4R gena, despre care studiul la șoarece arată acum a fi importantă în cili. Este posibil ca mulți dintre vinovații obișnuiți ai obezității genetice să se chinuie de fapt cu cilii primari, spune Vaisse.

Nu este încă clar de ce proteina MC4R trebuie să ajungă la cili pentru a controla apetitul, spune Mykytyn. Este posibil ca anexele să aibă amestecul potrivit de proteine ​​ajutătoare care ajută MC4R în munca sa. Sau cilii ar putea schimba modul în care funcționează proteina, permițându-i să fie mai eficientă.

Deși rămân multe întrebări, noul studiu „deschide puțin mai mult fereastra” cu privire la ceea ce fac de fapt cilii în creier, cum funcționează ei și ce se poate întâmpla atunci când nu se întâmplă, spune Nick Berbari, biolog celular la Universitatea Indiana. – Universitatea Purdue din Indianapolis.

Este posibil ca cilii să aibă roluri și mai ample în memorie, învățare și poate în sănătatea mintală, spune Berbari. Șoarecii fără cili normali în anumite părți ale creierului au avut probleme în a-și aminti un șoc dureros și în a recunoaște obiecte familiare, au raportat el și colegii lor în Plus unu în 2014. Deși speculative, semnalizarea afectată a cililor poate fi chiar implicată în tulburări precum depresia și schizofrenia, au scris cercetătorii în acel studiu.

Alte funcții ale creierului sunt atribuite și cililor. Mykytyn și colegii săi au găsit în cili o proteină care detectează mesagerul chimic dopamina, un semnal care ajută anumite celule nervoase să funcționeze. Și ca și proteina MC4R legată de obezitate, acest detector de dopamină trebuie să fie pe un cilio pentru a funcționa corect.

Cilia poate fi capabilă de mult mai mult decât să acționeze ca niște antene mici care simt semnale în afara celulelor nervoase. Anexele stupoase ar putea de fapt să trimită mesaje singure, rezultă dintr-un studiu din 2014 în Biologie actuală sugera. Acolo, oamenii de știință au raportat că cilii celulelor nervoase intră C. elegans viermii ar putea pluti pachete mici care conțin mesaje chimice în spațiul dintre celule. Aceste semnale pot avea un rol în comportamentul viermilor, bănuiesc cercetătorii.

Examinarea diferitelor roluri ale cililor în creier este dificilă, spune Mykytyn. Nu există o modalitate simplă de a separa cilii de restul membranelor exterioare ale celulelor. Provocările sunt mai mari cu celulele nervoase elaborate, unde cilii pot fi relativ mici.

Dar progresele în microscopie și trucuri genetice care le pot permite oamenilor de știință să manipuleze aspecte specifice ale cililor pot dezvălui mai multe despre modul în care funcționează aceste „anexe subapreciate”, spune Berbari – chiar și în locuri la fel de misterioase precum creierul.