Използвайки плодови мухи, изследователите на Джон Хопкинс казват, че са идентифицирали специфичен и много малък набор от мозъчни клетки - наречени допаминови клинови неврони - отговорни за насочване на хранителните предпочитания на насекомите към това, от което се нуждаят, а не към това, което харесват.

какво

Когато изследователите лишават мухите от протеини в диетата си, тези неврони пускат химически сигнал (допамин), който изглежда насочва жабите към мухите към техния основен протеинов източник - дрожди - надделявайки над естествената им склонност да търсят захар, съобщават те.

В обобщение на експериментите, публикувано онлайн на 5 май в Наука, изследователите казват, че техните открития могат да ускорят търсенето на подобни процеси при бозайници (включително хора), което може да доведе до по-добро разбиране на глада, глада и в крайна сметка наддаване на тегло и затлъстяване.

Въпреки че експериментаторите са идентифицирали сензори и хормони в плодовите мухи и бозайници, които контролират колко калории консумираме, изследователите от Джон Хопкинс казват, че вярват, че това е първият път, когато механизмът на глад, специфичен за протеини, е идентифициран при всяко животно.

„Показахме, че само няколко неврони, образуващи верига в мозъка на плодовата муха, възприемат процеси, използвани в обучението и паметта, за да контролират упоритото, мотивирано поведение и предпочитанията към храната в този случай“, казва Марк Ву, доктор по медицина, доцент по неврология в Медицинския факултет на университета Джон Хопкинс. Миналата година изследователският екип на Ву откри подобен тип верига в мозъка на плодовите мухи, която контролира сънливостта, колкото по-дълго плодовата муха остава будна.

В търсенето на невроните, които контролират хранителното поведение, изследователите са използвали наскоро съчетани жени, които са склонни да се хранят с по-високи протеинови източници, за да заредят хранителни вещества в яйцата си. Те търсеха през различни линии на плодови мухи, всяка от които е проектирана с помощта на генетичен инструмент, който спира определени различни групи неврони в мозъка да стрелят. Те тестваха женските от всяка линия за такива, които вече не предпочитаха да ядат високо протеинови дрожди след чифтосване. За да измерват колко високо протеинови дрожди са изяли мухите, те слагат багрило в своя източник на храна за дрожди, след това смилат мухите и използват инструмент, който открива количеството погълнато багрило.

Първоначално екипът на Ву открил набор от допаминови неврони, които контролирали предпочитанието на протеините. Но докато продължават да анализират невроните, те казват, че са успели да присвоят сигнали за предпочитание към храната само на два неврона от всяка страна на мозъка на насекомите в регион, наречен клин поради формата му, което ги кара да ги наричат клетки с предпочитание към храната допамин клинови неврони.

След това изследователите са използвали малки електроди за измерване на електрическото поведение (сигнализиране) на тези неврони при плодови мухи, лишени от богата на протеини мая в диетата си. След осем дни на лишаване от протеин, техните неврони с допаминов клин изстрелват четири пъти по-бързо от тези в плодовите мухи, хранени с нормална протеинова диета.

В природата, след лишаването от протеини, мухите са склонни да търсят високо протеинови дрожди като източник на храна, вместо плодовата захар, която обикновено предпочитат за бързия си енергиен тласък, така че изследователите се питат дали допаминовите клинови неврони също потискат желанието за захар.

Използвайки генно инженерни мъжки плодови мухи със заглушени неврони на допаминовия клин, изследователите лишават мухите от високо протеинови дрожди и след това измерват колко захар и мая са изяли. Тези мухи ядат средно около два пъти повече захар на муха в сравнение с тези, чиито неврони за предпочитане на храната не са заглушени.

Когато учените генетично проектираха невроните на допаминовия клин, за да стрелят по команда, консумацията на захар спадна до нормални нива, докато консумацията на протеини се увеличи.

Ву казва, че има четири допаминови рецептора в плодовите мухи и изследователите вярват, че един от повече от тях вероятно участва в контрола на хранителните предпочитания. Те разгледаха хранителните предпочитания (мая спрямо захар) във всяка от четирите линии на плодови мухи, отглеждани, за да липсват всеки от тези рецептори.

Когато им бъде даден избор на храна, тези мухи без DopR2 са изяли приблизително наполовина по-малко мая, а тези мухи без DopR1 са яли двойно повече захар.

Екипът на Ву също търси структурни промени в невроните на допаминовия клин след лишаване от протеин. Те поставят допълнителен протеин, маркиран със зелен флуоресцентен протеин, който виси по краищата на неврона на местата, където той изпраща сигнали към други неврони - в синапсите.

При нормално хранените плодови мухи допамино-клиновите неврони имаха два клона, които се протягаха. Но след като мухите бяха лишени от високо протеинови дрожди, те видяха как един от тези клонове се увеличава и това увеличение се запазва часове след като мухите започнаха да ядат протеини.

"Открихме, че всеки от тези неврони за предпочитане на храна има два клона, единият, който контролира храненето с протеини, а другият - храненето със захар", казва Ву.

"Обикновено мухите се нуждаят от захар като бърз източник на калории, за да летят наоколо, така че техните неврони заобикалят протеиновата верига", отбелязва Ву. След лишаване от протеин, те заобикалят захарната верига, която ги кара да търсят протеин. „След като облекчите натиска върху протеиновата страна, като ги храните с дрожди, мухите могат отново да ядат захар, но те все още изпитват силно желание за протеин, защото мухата отнема време, за да попълни запасите си от протеини и нейните невронни клонове да се върнат обратно до първоначалното им състояние ", добавя той.

Ву казва, че следващите му стъпки ще бъдат да разбере химичните молекули, участващи в причиняването на пожар на невроните в веригата на глада, за да могат да търсят подобни молекули при бозайници като мишки или плъхове.