Le ver rond particulier C. elegans manque d’yeux ainsi que des molécules absorbant la lumière nécessaires pour voir. Pourtant, il peut sentir les produits chimiques au goût désagréable produits par l’éclairage et arrête de consommer. Les scientifiques du MIT ont analysé C. elegans pour pouvoir identifier les circuits des organes nerveux et les mouvements de la masse musculaire requis pour cracher. Crédit : Raleigh McElvery
Les ascaris modifient la circulation de la matière à l’extérieur et à l’intérieur de leur bouche en fonction de la lumière vive, révélant une manière différente pour les neurones de gérer les cellules musculaires.
Depuis plus de dix ans, les chercheurs ont identifié que le ver rond Caenorhabditis elegans peut détecter et éviter la lumière à courte longueur d’onde, malgré les yeux manquants et les molécules absorbant la lumière nécessaires à la vision. En tant qu’élève diplômé du laboratoire Horvitz, Nikhil Bhatla a suggéré une explication à cette capacité. Il a observé que l’exposition à la lumière non seulement faisait se tortiller les vers de terre, mais les incitait également à cesser de manger. Cet indice l’a amené à un certain nombre d’études qui ont recommandé que ses sujets se tortillant ne voyaient pas du tout la lumière – ils détectaient les produits chimiques nocifs particuliers que cela produisait, comme le peroxyde d’hydrogène. Peu de temps après, le laboratoire Horvitz a remarqué que les vers non seulement parfument les substances chimiques désagréables générées par la lumière, mais ils les crachent là-bas.
Or, dans l’étude publiée dans eLife , un groupe dirigé par le dernier étudiant diplômé Sam Sando PhD ’20 rapporte le système qui sous-tend le crachat C. elegans . Les tissus musculaires individuels sont généralement considérés comme les plus petites unités que les neurones peuvent gérer indépendamment, mais les résultats des chercheurs remettent en question cette présomption. Dans le cas du crachat, ces personnes ont déterminé que les neurones peuvent diriger des sous-régions spécifiques d’une cellule musculaire pour créer plusieurs mouvements, élargissant ainsi nos connaissances sur la façon dont les neurones gèrent les cellules musculaires afin de façonner le comportement.
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Un ver rond crache après avoir été exposé au peroxyde d’hydrogène au goût désagréable produit par la lumière vive. Crédit : Sam Sando
“Steve a fait la découverte remarquable de savoir comment la contraction d’une petite région d’une cellule musculaire spécifique peut être découplée du rétrécissement du reste de la même cellule”, déclare H. Robert Horvitz, professeur David L. Koch associé à la biologie. à AVEC , membre du McGovern Institute for Mind Research et du Koch Institute for Integrative Cancer Research, chercheur de la Howard Hughes Medical Company et auteur mature de la recherche. « De plus, Steve a découvert que de tels compartiments musculaires subcellulaires pouvaient être contrôlés par des neurones pour modifier radicalement le comportement. ”
Les ascaris sont comme des aspirateurs qui se tortillent pour aspirer les germes. La zone buccale du ver, également connue sous le nom de pharynx, est un tuyau musculaire qui emprisonne les repas, les mâche et les transfère vers les intestins grâce à un certain nombre de contractions de « pompage ».
Les chercheurs ont la réputation depuis plus d’une décennie que les vers fuient à travers les rayons UV, violets ou même bleus. Pourtant, Bhatla a découvert que cette lumière particulière arrête également le pompage constant du pharynx, car la saveur produite par la lumière est vraiment désagréable que les vers de terre arrêtent de se nourrir. Quand il a regardé de plus près, Bhatla a remarqué que la réponse des vers était vraiment assez nuancée. Juste après une pause initiale, le pharynx commence brièvement à pomper à nouveau pour le mettre brièvement en éruption avant de s’arrêter complètement – comme si le ver mâchait un peu même en goûtant la lumière désagréable. Parfois, la bulle s’éloignait de la bouche, tout comme un rot.
Juste après avoir rejoint le projet, Sando a appris que les vers n’avaient ni roté ni continué à mâcher. Au lieu de cela, les « pompes à rafale » généraient du matériel dans le sens inverse, de la bouche vers l’atmosphère locale, plutôt que vers le pharynx et l’intestin. En d’autres termes, la lumière particulièrement désagréable a déclenché les vers à jeter. Sando a ensuite passé des années à poursuivre ses sujets autour du microscope avec une lumière vive et à enregistrer leurs activités en mouvement lent, afin de déterminer les circuits neuronaux particuliers et les mouvements musculaires nécessaires à ce comportement.
« La découverte que les vers crachaient était assez étonnante pour nous, car la bouche semblait se déplacer comme elle le fait chaque fois qu’elle mâche », dit Sando. “Il s’avère que vous deviez en fait zoomer et ralentir les facteurs pour voir ce qui se passe, car les créatures sont si petites et le comportement se produit donc rapidement. ”
Pour analyser ce qui se passe dans le pharynx pour créer ce mouvement de crachat, les chercheurs ont utilisé un petit faisceau laser afin de retirer chirurgicalement les cellules nerveuses et musculaires de la bouche et de discerner comment cela affectait le comportement du ver en particulier. En outre, ils ont surveillé l’activité des cellules de la région buccale en marquant ces protéines « reporter » fluorescentes spécialement conçues.
Les vers ronds se tortillent autour d’une plaque de gélose, aspirant les bactéries vers le haut. Crédit : Raleigh McElvery
Ils ont constaté que même si le ver mange, trois cellules musculaires situées à l’avant du pharynx, appelées pm3s, se contractent et se détendent ensemble au cours d’impulsions synchrones. Pourtant, dès que les préférences du ver s’allument, les sous-régions de ces tissus individuels les plus proches de l’avant de la bouche se trouvent enfermées dans un état de contraction, commençant l’avant de la zone buccale et permettant aux matériaux d’être propulsés. Cela inverse la direction particulière du flux des matières ingérées et convertit la nourriture en crachats.
L’équipe a déterminé que cette tendance au « découplage » est contrôlée par un seul neurone à l’arrière de la zone buccale du ver. Appelée M1, cette cellule nerveuse particulière provoque une augmentation localisée du calcium à l’avant du muscle pm3, probablement responsable du déclenchement des contractions subcellulaires.
M1 relaie des informations importantes à la manière d’un standard téléphonique. Il reçoit des signaux entrants via de nombreux neurones différents et transmet ces informations aux muscles associés au crachat. La grande équipe de Sando soupçonne que l’efficacité de la transmission entrante peut ajuster le comportement du ver particulier en fonction de la lumière gustative. Par exemple, leurs découvertes affirment qu’une saveur répugnante provoque un rinçage acharné de la zone buccale, tandis qu’une sensation légèrement désagréable conduit le ver à lancer plus doucement, suffisamment pour éjecter le contenu particulier.
Plus tard, Sando pense que le ver particulier pourrait être utilisé comme modèle pour analyser comment les neurones provoquent le resserrement des sous-régions des cellules du tissu musculaire et le façonnement du comportement – une sensation qu’ils soupçonnent se produire chez d’autres animaux, y compris probablement les humains.
« Nous avons essentiellement découvert une nouvelle façon pour un neurone de déplacer un muscle », déclare Sando. « Les neurones orchestrent les mouvements particuliers des groupes musculaires, et cela pourrait être un tout nouvel outil qui leur permettrait d’exercer un type de contrôle sophistiqué. C’est assez excitant. ”
Référence: “Un motif de circuit de sablier modifie un plan moteur via la signalisation et la contraction du calcium musculaire local subcellulaire” simplement par Steven R Sando, Nikhil Bhatla, Eugene LQ Lee plus H Robert Horvitz, 2 juillet 2021, eLife .
DOI : 10. 7554 / eLife. 59341
