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Cartographier les circuits cellulaires derrière la broche

Crédit : CC0 Domaine public

Depuis plus d’une décennie, les chercheurs savent que le ver rond Caenorhabditis elegans peut détecter et éviter la lumière à courte longueur d’onde, malgré son manque d’yeux et les molécules absorbant la lumière nécessaires à la vision. En tant qu’étudiant diplômé du laboratoire de Horvitz, Nikhil Bhatla a suggéré une explication à cette capacité. Il a remarqué que l’exposition à la lumière éloignait non seulement les vers de la nourriture, mais les faisait également arrêter de manger. Cette preuve l’a conduit à une série d’études qui suggéraient que ses sujets se tordant ne voyaient pas du tout la lumière – ils détectaient les produits chimiques nocifs qu’elle produisait, comme le peroxyde d’hydrogène. Bientôt, le laboratoire d’Horvitz s’est rendu compte que les vers non seulement goûtent les produits chimiques désagréables générés par la lumière, mais les crachent également.


Maintenant, dans une étude publiée dans eLife, une équipe dirigée par le récent étudiant diplômé Steve Sando Ph.D. ’20 indique le mécanisme sous-jacent au crachat chez C. elegans. Les cellules musculaires individuelles sont généralement considérées comme les plus petites unités que les neurones peuvent contrôler indépendamment, mais les résultats des chercheurs remettent en question cette hypothèse. Dans le cas du crachat, ils ont déterminé que les neurones peuvent diriger des sous-régions spécialisées d’une seule cellule musculaire pour générer plusieurs mouvements, élargissant notre compréhension de la façon dont les neurones contrôlent les cellules musculaires pour façonner le comportement.

Robert Horvitz, professeur de biologie David H. Koch au MIT : « Steve a fait la découverte remarquable que la contraction d’une petite zone d’une cellule musculaire particulière peut être séparée de la contraction du reste de la cellule elle-même. Membre du McGovern Institute for Brain Research et du Koch Institute for Integrative Cancer Research, chercheur du Howard Hughes Medical Institute et auteur principal de l’étude. “De plus, Steve a découvert que les compartiments musculaires subcellulaires peuvent être contrôlés par les neurones pour changer radicalement le comportement.”

Les ascaris sont comme des aspirateurs qui se tortillent autour des bactéries. La bouche du ver, également connue sous le nom de pharynx, est un tube musculaire qui emprisonne et mâche la nourriture, puis la transporte vers l’intestin par une série de contractions de “pompage”.

Les chercheurs savent depuis plus d’une décennie que les vers échappent à la lumière ultraviolette, ultraviolette ou bleue. Mais Bhatla a découvert que cette lumière interrompt également le pompage constant du pharynx, car le goût produit par la lumière est si dégoûtant que les vers cessent de se nourrir. Quand il a regardé de près, Bhatla a remarqué que la réponse des vers était en fait assez subtile. Après un arrêt initial, le pharynx recommence brièvement à pomper par courtes rafales avant de s’arrêter complètement, presque alors que le ver mâche un peu même après avoir goûté à la lumière odieuse. Parfois, une bulle s’échappe de la bouche, comme un rot.

Après avoir rejoint le projet, Sandow a découvert que les vers ne rotaient pas et ne continuaient pas à mâcher. Au lieu de cela, des « pompes à explosion » ont poussé le matériau dans la direction opposée, hors de la bouche et dans l’environnement local, plutôt que de le renvoyer dans le pharynx et l’intestin. En d’autres termes, une lumière au mauvais goût faisait cracher les vers. Sandow a ensuite passé des années à poursuivre ses sujets autour d’un microscope avec une lumière vive et à enregistrer leurs actions au ralenti, afin d’identifier les circuits neuronaux et les mouvements musculaires nécessaires à ce comportement.

« La découverte que les vers crachaient était très surprenante pour nous, car la bouche semblait bouger autant que lors de la mastication », explique Sandow. “Il s’avère que vous devez vraiment zoomer sur les choses et les ralentir pour voir ce qui se passe, car les animaux sont si petits et le comportement se produit si vite.”

Pour analyser ce qui se passe dans le pharynx pour produire ce mouvement de crachat, les chercheurs ont utilisé un petit faisceau laser pour retirer chirurgicalement les cellules nerveuses et musculaires de la bouche et voir comment cela affectait le comportement du ver. Ils ont également surveillé l’activité des cellules dans la bouche en les marquant avec des protéines « reporter » fluorescentes spécialement conçues.

Ils ont vu que pendant que le ver mange, trois cellules musculaires appelées pm3 se contractent vers l’avant du pharynx et se détendent ensemble par des impulsions synchronisées. Mais une fois que le ver goûte la lumière, les sous-régions de ces cellules individuelles les plus proches de l’avant de la bouche se ferment dans un état de contraction, ce qui ouvre l’avant de la bouche et permet à la matière d’être expulsée. Cela inverse le sens d’écoulement de la substance ingérée et convertit l’alimentation en broche.

L’équipe a déterminé que ce phénomène de « découplage » est contrôlé par un seul neurone à l’arrière de la bouche du ver. C’est ce qu’on appelle le neurone M1, et il stimule un afflux local de calcium à l’extrémité antérieure du muscle pm3 probablement responsable de l’induction de contractions subcellulaires.

Le M1 transmet des informations importantes telles que le standard téléphonique. Il reçoit des signaux entrants de nombreux neurones différents et transmet ces informations aux muscles impliqués dans le crachat. Sandow et son équipe soupçonnent que la force du signal entrant pourrait ajuster le comportement du ver en réponse à une dégustation de lumière. Par exemple, leurs découvertes indiquent qu’un goût dégoûtant provoque un fort bain de bouche, tandis qu’une sensation plutôt désagréable fait cracher le ver plus délicatement, juste assez pour faire sortir le contenu.

À l’avenir, Sandow pense que le ver peut être utilisé comme modèle pour étudier comment procéder. Cellules nerveuses Il libère des sous-régions de cellules musculaires pour contraindre et façonner le comportement – un phénomène qu’ils soupçonnent de se produire chez d’autres animaux, y compris peut-être les humains.

“Nous avons essentiellement trouvé une nouvelle façon pour les neurones de déplacer les muscles”, explique Sandow. “Les neurones coordonnent les mouvements musculaires, et cela pourrait être un nouvel outil leur permettant d’exercer un type de contrôle sophistiqué. C’est très excitant.”


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Plus d’information:
Steven R Sando et al, Le motif du sablier module un programme moteur via la signalisation et la contraction du calcium musculaire subcellulaire, eLife (2021). DOI : 10.7554 / eLife.59341

Informations sur la revue :
eLife

la citation: Mapping the Cell Circuits Behind Spitting (2021, 3 août) Récupéré le 3 août 2021 sur https://phys.org/news/2021-08-cellular-circuits.html

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