Используя плодовых мушек, исследователи Университета Джона Хопкинса говорят, что они идентифицировали специфический и очень небольшой набор клеток мозга, получивший название нейронов дофаминового клина, ответственных за то, чтобы направлять пищевые предпочтения насекомых в сторону того, что им нужно, а не то, что им нравится.
Когда исследователи лишили мух белка в их рационе, эти нейроны выпустили химический сигнал (дофамин), который, по-видимому, направлял мух к их основному источнику белка - дрожжам - подавляя их естественную склонность искать сахар, они отчет.
В резюме экспериментов, опубликованном в сети 5 мая в журнале Science, исследователи говорят, что их результаты могут продвинуть поиск подобных процессов у млекопитающих (включая людей), что может привести к лучшему пониманию голода, тяги к пище. и, в конечном счете, увеличение веса и ожирение.
Хотя экспериментаторы определили датчики и гормоны у плодовых мушек и млекопитающих, которые контролируют, сколько калорий мы потребляем, исследователи из Университета Джона Хопкинса говорят, что впервые у какого-либо животного был обнаружен белково-специфический механизм голода.
«Мы показали, что всего несколько нейронов, образующих цепь в мозгу плодовой мушки, перенимают процессы, используемые в обучении и памяти, чтобы контролировать постоянное, мотивированное поведение, в данном случае предпочтения в еде», - говорит Марк Ву, доктор медицинских наук, доктор философии. Д., адъюнкт-профессор неврологии Медицинской школы Университета Джонса Хопкинса. В прошлом году исследовательская группа Ву обнаружила аналогичный тип цепи в мозге плодовой мушки, которая контролирует сонливость, чем дольше плодовая мушка бодрствует.
В поисках нейронов, которые контролируют пищевое поведение, исследователи использовали недавно спаренных самок, которые, как правило, питаются источниками с высоким содержанием белка, чтобы загрузить питательные вещества в свои яйца. Они исследовали различные линии плодовых мушек, каждая из которых была создана с использованием генетического инструмента, который останавливал возбуждение определенных групп нейронов в мозге. Они проверили самок из каждой линии на наличие тех, которые больше не предпочитали есть дрожжи с высоким содержанием белка после спаривания. Чтобы измерить, сколько дрожжей с высоким содержанием белка съели мухи, они добавили краситель в источник дрожжевой пищи, затем измельчили мух и использовали прибор, определяющий количество съеденного красителя.
Первоначально команда Ву обнаружила набор дофаминовых нейронов, которые контролировали предпочтение белка. Но по мере того, как они продолжали анализировать нейроны, они говорят, что смогли присвоить сигналы пищевых предпочтений только двум нейронам на каждой стороне мозга насекомых в области, называемой клином из-за ее формы, что привело их к названию этих нейронов. клетки пищевых предпочтений нейроны дофаминового клина.
Затем исследователи использовали крошечные электроды для измерения электрического возбуждения (передачи сигналов) этих нейронов у плодовых мушек, лишенных богатых белком дрожжей в их рационе. После восьми дней лишения белка их дофаминовые клиновидные нейроны срабатывали в четыре раза быстрее, чем у плодовых мушек, получавших обычную белковую диету.
В природе, после лишения белка, мухи, как правило, ищут дрожжи с высоким содержанием белка в качестве источника пищи вместо фруктового сахара, который они обычно предпочитают для быстрого повышения энергии, поэтому исследователи задались вопросом, подавляются ли нейроны дофаминового клина. тяга к сахару.
Используя генетически модифицированных самцов плодовых мушек с заглушенными нейронами дофаминового клина, исследователи лишили мух высокобелковых дрожжей, а затем измерили, сколько сахара и дрожжей они съели. Эти мухи съедали в среднем в два раза больше сахара на одну муху по сравнению с теми, чьи нейроны пищевых предпочтений не были отключены.
Когда ученые генетически модифицировали нейроны дофаминового клина, чтобы они срабатывали по команде, потребление сахара упало до нормального уровня, тогда как потребление белка увеличилось.
Ву говорит, что у плодовых мушек есть четыре дофаминовых рецептора, и исследователи полагали, что один из них, вероятно, участвует в контроле пищевых предпочтений. Они изучили пищевые предпочтения (дрожжи по сравнению с сахаром) у каждой из четырех линий плодовых мух, выведенных с отсутствием каждого из этих рецепторов.
При выборе единственного корма мухи без DopR2 съедали вдвое меньше дрожжей, а мухи без DopR1 съедали в два раза больше сахара.
Команда Ву также искала структурные изменения в нейронах дофаминового клина после лишения белка. Они поставили дополнительный белок, помеченный зеленым флуоресцентным белком, который болтался по краям нейрона в местах, где он посылает сигналы другим нейронам - в синапсах..
У плодовых мушек, питающихся нормально, дофаминовые клиновидные нейроны имеют две ответвления. Но после того, как мухи были лишены дрожжей с высоким содержанием белка, они увидели, что одна из этих ветвей увеличилась в размере, и это увеличение продолжалось в течение нескольких часов после того, как мухи начали питаться белком.
«Мы обнаружили, что каждый из этих нейронов пищевых предпочтений имеет две ветви, одна из которых контролирует потребление белка, а другая - потребление сахара», - говорит Ву.
«Обычно мухам нужен сахар как быстрый источник калорий, чтобы летать, поэтому их нейроны обходят белковую цепь», - отмечает Ву. После лишения белка они обходят цепь сахара, которая заставляет их искать белок. «Как только вы уменьшите нагрузку на белковую сторону, накормив их дрожжами, мухи снова смогут есть сахар, но у них все еще есть сильная тяга к белку, потому что мухе требуется время, чтобы пополнить свои запасы белка, а ее нейронным ветвям вернуться обратно. в исходное состояние», - добавляет он.
Ву говорит, что его следующие шаги будут заключаться в том, чтобы понять химические молекулы, участвующие в возбуждении нейронов в цепи голода, чтобы они могли искать подобные молекулы у млекопитающих, таких как мыши или крысы.