Может ли окружающая среда влиять на то, как спинной мозг развивает специализированные схемы, или этот процесс запрограммирован, следуя предписанным генетическим инструкциям, включенным в начале эмбриона?
Исследование Калифорнийского университета в Дэвисе, в котором сравнивалось влияние низких и теплых температур на развитие яиц лягушек в личинок, показало, что температура окружающей среды значительно влияет на развитие нервной системы.
Исследование, опубликованное 23 мая в журнале Current Biology, показало, что температура окружающей среды активирует температурно-чувствительные каналы, влияющие на экспрессию генов и изменяющие развитие нервной системы. Исследование, проведенное на лягушках, имеет параллели между видами, включая человека.
«Мы обнаружили, что чувствительный к температуре канал TRPM8 вызывает изменения в развивающейся нервной системе, позволяя лягушкам адаптироваться к окружающей среде», - сказала Лаура Бородински, профессор физиологии и мембранной биологии в Медицинской и исследовательской школе Калифорнийского университета в Дэвисе. старший автор.
«Личинки, выращенные при низких температурах, имели больше нейронов, ответственных за движение - важнейшую функцию, которая лучше помогает молодым лягушкам избегать хищников и других потенциальных опасностей», - сказала она. «У них также была большая мышечная масса и более сильная реакция на плавание, чем у тех, кто вырос при более высоких температурах, при тестировании при низких температурах».
Температура важна для развития нервной системы человека
Температура является важным фактором развития нервной системы человека. Новорожденные, особенно недоношенные дети, не развивают способность регулировать температуру тела до нескольких месяцев после рождения или даже дольше. Исследования также показывают, что лихорадка во время беременности может влиять на развивающийся мозг и нервную систему, увеличивая риск расстройств аутистического спектра и шизофрении..
Бородинский считает, что когда перепады температуры внезапны и происходят в критические периоды развития - или когда молекулярные механизмы приспособления к этим изменениям не работают - сбои в развитии нервной системы могут сказаться на здоровье.
Температурные каналы как способ изменения экспрессии генов в окружающей среде
Термочувствительные каналы принадлежат к разнообразному семейству ионных каналов, каналов TRP, которые реагируют на ряд условий. В то время как некоторые каналы TRP являются датчиками температуры, другие чувствительны к боли, pH, прикосновению, свету и звуку. Эти клеточные пути, которые позволяют организмам ощущать температуру, хорошо сохранились в ходе эволюции и присутствуют у разных видов.
Для исследования Кира А. Спенсер, первый автор статьи и бывший аспирант программы неврологии Калифорнийского университета в Дэвисе, выращивала оплодотворенные яйца лягушек при низких или высоких температурах в чашках Петри. На личиночной стадии они измеряли реакцию на легкое прикосновение и реакцию на плавание, а также количество спинальных двигательных нейронов. Они оценили зависимость спонтанной электрической активности, которая управляет многими аспектами дифференцировки нейронов, от температуры, а также генетические факторы, регулирующие развитие клеток спинного мозга, и роль холодо-температурного канала TRPM8.
«Мы обнаружили, что чувствительный к низким температурам канал TRPM8 опосредует изменения в развитии, которые дают личинкам лягушек преимущество и позволяют им оптимально функционировать при низких температурах», - сказал Спенсер.
"Наши результаты дают представление о том, как окружающая среда влияет на экспрессию генов во время развития, и указывают на многообещающее направление для изучения того, как взаимодействуют гены и окружающая среда, включая роль, которую другие каналы TRP играют в развитии нервной системы и заболеваниях."
Другими авторами исследования являются Йессер Хадж Белгасем, Олеся Висина, Сангву Шим и Генри Дженус.
Исследование проводилось при поддержке Национального научного фонда (1120796), Национального института неврологических расстройств и инсульта (RO1NS073055) и Детской больницы Шрайнерс (86500-NCA, 85220-NCA, 85300-NCA).