Оно совершенно бессознательно, не дает нам упасть в темноте и позволяет пить утренний кофе, не открывая глаза, поясняют ученые.
Для выполнения скоординированных движений мы полагаемся на специальные сенсорные нейроны в наших мышцах и суставах. Без них мозг не знал бы, что делает остальная часть нашего тела. Команда под руководством Никколо Зампиери изучила их молекулярные маркеры, чтобы лучше понять, как они работают, и описала результаты в Nature Communications.
Зрение, слух, обоняние, вкус, осязание: все мы знакомы с пятью чувствами, которые позволяют нам воспринимать окружающее. Не менее важным, но гораздо менее известным является шестое чувство: «Его работа состоит в том, чтобы собирать информацию от мышц и суставов о наших движениях, нашей позе и нашем положении в пространстве, а затем передавать ее в нашу центральную нервную систему», говорит доктор Никколо Дзампиери, руководитель Лаборатории развития и функционирования нейронных цепей в Центре Макса Дельбрюка в Берлине. «Это чувство, известное как проприоцепция, позволяет центральной нервной системе посылать правильные сигналы через двигательные нейроны к мышцам, чтобы мы могли выполнять определенное движение».
Это шестое чувство, которое, в отличие от остальных пяти, совершенно бессознательно, удерживает нас от падения в темноте и позволяет утром подносить чашку кофе ко рту с закрытыми глазами. Но это еще не все: «Люди без проприоцепции не могут выполнять скоординированные движения», говорит Зампиери. Он и его команда опубликовали статью в журнале Nature Communications, в которой описывают молекулярные маркеры клеток, задействованных в этом шестом чувстве. Полученные данные должны помочь исследователям лучше понять, как работают проприоцептивные сенсорные нейроны (pSN).
Тела клеток pSN расположены в ганглиях задних корешков спинного мозга. Они связаны длинными нервными волокнами с мышечными веретенами и сухожильными органами Гольджи, которые постоянно регистрируют растяжение и напряжение в каждой мышце тела. PSN отправляет эту информацию в центральную нервную систему, где она используется для контроля активности двигательных нейронов, чтобы мы могли совершать движения.
«Одним из предварительных условий для этого является то, что pSN точно соединяются с различными мышцами нашего тела», говорит доктор Стефан Дитрих, сотрудник лаборатории Зампиери. Однако почти ничего не было известно о молекулярных программах, которые обеспечивают эти точные соединения и придают pSN, специфичным для мышц, их уникальную идентичность. «Вот почему мы использовали наше исследование для поиска молекулярных маркеров, которые дифференцируют pSN для мышц живота, спины и конечностей у мышей», говорит Дитрих, ведущий автор исследования, которое проводилось в Центре Макса Дельбрюка.
Используя секвенирование отдельных клеток, команда исследовала, какие гены в pSN мышц живота, спины и ног считываются и транслируются в РНК. «И мы нашли характерные гены для pSN, связанные с каждой группой мышц», говорит Дитрих. «Мы также показали, что эти гены уже активны на эмбриональной стадии и остаются активными, по крайней мере, некоторое время после рождения». Дитрих объясняет: это означает, что существуют фиксированные генетические программы, которые решают, будет ли проприоцептор иннервировать мышцы живота, спины или конечностей.
Среди своих находок берлинские исследователи идентифицировали несколько генов эфринов и их рецепторов. «Мы знаем, что эти белки участвуют в направлении зарождающихся нервных волокон к цели во время развития нервной системы», говорит Дитрих. Команда обнаружила, что связи между проприорецепторами и мышцами задних конечностей были нарушены у мышей, которые не могут производить эфрин-А5.
«Маркеры, которые мы определили, теперь должны помочь нам в дальнейшем изучении развития и функционирования отдельных сенсорных сетей, специфичных для мышц», говорит Дитрих. «Например, с помощью оптогенетики мы можем использовать свет, чтобы включать и выключать проприорецепторы индивидуально или в группах. Это позволит нам раскрыть их конкретную роль в нашем шестом чувстве», добавляет Зампиери.
Эти знания должны в конечном итоге принести пользу пациентам, например, с травмами спинного мозга. «Как только мы лучше поймем детали проприоцепции, мы сможем оптимизировать конструкцию нейропротезов, которые берут на себя двигательные или сенсорные способности, нарушенные в результате травмы», говорит Зампиери.
Он добавляет, что исследователи в Израиле недавно обнаружили: правильно функционирующая проприоцепция также важна для здорового скелета. Например, сколиоз – это состояние, которое иногда развивается в период взросления в детстве и приводит к искривлению позвоночника. «Мы подозреваем, что это вызвано дисфункцией проприоцепции, которая изменяет напряжение мышц спины и деформирует позвоночник», говорит Зампиери.
Дисплазия, аномалия тазобедренного сустава, также может быть вызвана нарушением проприоцепции. Это привело Зампиери к другому результату исследования: «Если мы сможем лучше понять наше шестое чувство, станет возможным разработать новые методы лечения, которые эффективно противодействуют этим и другим типам повреждений скелета».
Центр молекулярной медицины Макса Дельбрюка при Ассоциации Гельмгольца (Max Delbrück Center) – одно из ведущих мировых биомедицинских исследовательских учреждений. Макс Дельбрюк, уроженец Берлина, был лауреатом Нобелевской премии и одним из основателей молекулярной биологии. В центрах Берлин-Бух и Митте исследователи из около 70 стран изучают биологию человека, основы жизни от самых элементарных строительных блоков до общесистемных механизмов. Понимая, что регулирует или нарушает динамическое равновесие клетки, органа или всего тела, мы можем предотвращать заболевания, диагностировать их на ранних стадиях и останавливать их прогрессирование с помощью адаптированных методов лечения. Пациенты должны как можно скорее получить пользу от фундаментальных научных открытий. Таким образом, Центр Макса Дельбрюка поддерживает создание дополнительных продуктов и участвует в совместных сетях. Он работает в тесном сотрудничестве с Charité – Universitätsmedizin Berlin в совместном Центре экспериментальных и клинических исследований (ECRC), Берлинским институтом здравоохранения (BIH) в Charité и Немецким центром сердечно-сосудистых исследований (DZHK). Центр Макса Дельбрюка, основанный в 1992 году, сегодня насчитывает 1800 сотрудников и финансируется на 90% федеральным правительством Германии и на 10% властями Берлина.
