痛み、接触、かゆみを感じる場合、場所が重要です

痛み、接触、かゆみを感じる場合、場所が重要です

ソーク研究は、感覚運動反射の誘発に関連するさまざまな細胞が脊髄のどこに位置するかを初めて概説した

ラホーヤ—熱いストーブに触れると、反射的に手が離れてしまいます。 はしごの段を踏み外したら、本能的に気づいてしまいます。 どちらの動作もほんの数秒で完了し、事前に考える必要はありません。 今回、ソーク研究所の研究者らは、これらおよび同様の重要な「感覚運動反射」の媒介を助ける脊髄内の細胞の物理的組織をマッピングした。

感覚運動システムのこの側面の新しい青写真は、オンラインで説明されています。 ニューロン 11 年 2020 月 XNUMX 日に発表された研究により、慢性的なかゆみや痛みなどの症状がどのように発症し、うまくいかない可能性があるかについてのより良い理解につながる可能性があります。

「このシステムの周辺部では、皮膚や筋肉の細胞がどのように信号を生成するのかについて多くの研究が行われてきましたが、その感覚情報が脊髄に到達した後にどのように伝達され、解釈されるのかはわかりませんでした。」と彼は言います。 マーティン・ゴールディング、ソークの分子神経生物学研究所の教授であり、フレデリック・W・ミッチェルおよびジョアンナ・J・ミッチェルの椅子の保持者である。 「この新しい研究により、私たちの感覚運動システムの構造についての基本的な理解が得られます。」

反射的な行動は、生まれたばかりの赤ちゃんにも見られ、動きの最も単純な構成要素の一部であると考えられています。 しかし、反射は、接触、熱、痛みの刺激を検出する感覚ニューロンからの情報を、筋肉に行動を起こさせる運動ニューロンに迅速に変換する必要があります。 ほとんどの反射では、感覚ニューロンと運動ニューロンの間の接続は、一種の「仲介者」として機能する脊髄の介在ニューロンによって仲介され、それによって脳をバイパスすることで時間を節約します。 これらの仲介者が反射的な行動をコード化するためにどのように組織されるのかはほとんどわかっていません。

ゴールディングと彼の同僚は、マウスにおけるこれらの脊髄反射の組織を調べるために、過去 XNUMX 年間に開発した一連の分子工学ツールに注目しました。 まず、マウスがかゆみ、痛み、接触などの感覚に反射的に反応したときに、どの介在ニューロンが活動しているかをマッピングした。 次に、介在ニューロンを個別にオンまたはオフにし、その結果生じる反射行動がどのように影響を受けるかを観察することで、介在ニューロンの機能を調査しました。

「私たちが発見したのは、それぞれの感覚運動反射が同じ物理空間内のニューロンによって定義されていたということです」と博士研究員は語る グラツィアナ・ガット、新しい論文の最初の著者。 「同じ場所にある異なるニューロンは、分子の特徴が大きく異なっていたとしても、同じ機能を持っていますが、脊髄の異なる領域にあるより類似したニューロンは、異なる反射を担っていました。」

脊髄の最外層にある介在ニューロンは、感覚細胞と運動細胞の間でかゆみに関連する反射メッセージをやり取りする役割を担っていました。 より深い介在ニューロンは痛みのメッセージを中継し、たとえばマウスがピンに触れた足を動かす原因となった。 そして、最も深い介在ニューロンのセットは、マウスが反射的にバランスを保ち、転倒を防ぐために体を安定させるのに役立ちました。 しかし、それぞれの空間領域内では、ニューロンはさまざまな分子特性とアイデンティティを持っていました。

「これらの反射的な行動は、生き残るために非常に堅牢でなければなりません」とゴールディングは言います。 「したがって、特定の反射に寄与する異なるクラスの介在ニューロンを各領域に配置することで、システムに冗長性が構築されます。」

研究チームは、脊髄内の各タイプの介在ニューロンの位置が、細胞の発生起源や遺伝的同一性よりも重要であることを実証することで、これらの反射系がどのように組織されるかについての既存の理論をテストし、確認した。

これらの異なる反射経路を構成する介在ニューロン回路の物理的構造がわかったので、研究者らは、メッセージがどのように伝達されるのか、そして各空間内のニューロンがどのように相互作用するのかを明らかにするための将来の研究を計画している。 この知識は現在、体性感覚系の病理学的変化がどのようにして慢性的なかゆみや痛みを引き起こすかを調査するために使用されています。 で 付属紙, ガットとグールディングは、ピッツバーグ大学のレベッカ・シールと協力して、さまざまな形態の慢性疼痛を引き起こすニューロンの組織をマッピングしました。

他の著者には、ソーク研究所の Steve Bourane、Xiangyu Ren、Stefania Di Constanzo、Peter Fenton が含まれます。 ピッツバーグ大学医学部のプリヤブラタ・ハルダー氏とレベッカ・シール氏。

この研究は、国立衛生研究所、EMBO、HA およびメアリー K. チャップマン慈善信託、およびデビッド スカイフ財団からの助成金によって支援されました。

DOI： 10.1016 / j.neuron.2020.10.003