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 Дзампьери изучила их молекулярные маркеры, чтобы лучше понять, как они работают, и описывает результаты в Nature Communications.

Зрение, слух, обоняние, вкус, осязание: все мы знакомы с пятью органами чувств, которые позволяют нам воспринимать окружающее.

Не менее важным, но гораздо менее известным является шестое чувство: "Его работа заключается в сборе информации от мышц и суставов о наших движениях, нашей позе и нашем положении в пространстве, а затем передаче ее в нашу центральную нервную систему", - говорит доктор Никколо Зампиери, руководитель отдела разработки и функционирования Лаборатория нейронных цепей в Центре Макса Дельбрюка в Берлине. "Это чувство, известное как проприоцепция, - это то, что 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, полностью бессознательно, — это то, что не дает нам упасть в темноте и позволяет нам утром поднести чашку кофе ко рту с закрытыми глазами.

Но это еще не все: "Люди без проприоцепции на самом деле не могут выполнять скоординированные движения", - говорит Зампиери. Сейчас он и его команда опубликовали статью, в которой описывают молекулярные маркеры клеток, участвующих в этом шестом чувстве. Полученные результаты должны помочь исследователям лучше понять, как работают проприоцептивные сенсорные нейроны (pSN).

Точные соединения имеют решающее значение

Тела клеток pSN расположены в дорсальных корневых ганглиях спинного мозга. Они соединены 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 управления активностью двигательных нейронов, чтобы мы могли выполнять движения.

"Одним из предварительных условий для этого является точное подключение pSN к различным мышцам 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 специфичным для мышц pSN их уникальную идентичность. "Вот почему мы использовали наше исследование для поиска молекулярных маркеров, которые дифференцируют pSN для мышц брюшной полости, спины и конечностей у мышей", - говорит Дитрих, ведущий автор исследования, которое было проведено в Центре Макса Дельбрюка.

Руководство для зарождающихся нервных волокон

Используя одноклеточное секвенирование, команда исследовала, какие гены в pSN мышц живота, спины и ног считываются и транслируются в РНК. "И мы действительно обнаружили 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, что 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 их цели во время развития нервной системы", - говорит Дитрих. Команда обнаружила, что связи между проприоцепторами и мышцами задней ноги были нарушены у мышей, которые не могут вырабатывать эфрин-А5.

Одна из целей - улучшение нейропротезирования

"Маркеры, которые мы идентифицировали, теперь должны помочь нам в дальнейшем исследовании развития и функционирования отдельных сенсорных сетей, специфичных для мышц", - говорит Дитрих. "С помощью оптогенетики, например, мы можем использовать свет для включения и выключения проприоцепторов, как индивидуально, так и в группах. Это позволит нам раскрыть их специфическую роль в нашем шестом чувстве", - добавляет Зампиери.

Эти знания в конечном итоге должны принести пользу пациентам, например, с повреждениями спинного мозга. "Как только мы лучше поймем детали проприоцепции, мы сможем оптимизировать конструкцию нейропротезов, которые берут на себя моторные или сенсорные способности, которые были нарушены в результате травмы", - говорит Зампиери.

Измененное мышечное напряжение вызывает искривление позвоночника

Он добавляет, что исследователи в Израиле недавно обнаружили, что правильно функционирующая проприоцепция также важна для здорового скелета. Сколиоз, например, - это состояние, которое иногда развивается во время роста в детском возрасте и приводит к искривлению позвоночника. "Мы подозреваем, что это вызвано дисфункциональной проприоцепцией, которая изменяет мышечное напряжение в спине и деформирует позвоночник", - говорит Зампиери.

Дисплазия тазобедренного сустава, аномалия тазобедренного сустава, также может быть вызвана неправильной проприоцепцией. Это побудило Зампиери предвидеть другой результат исследования: "Если мы сможем лучше понять наше шестое чувство, станет возможным разработать новые методы лечения, которые эффективно противодействуют этим и другим типам повреждений скелета".