วิธีการ 'เริ่มต้น' จังหวะการหายใจที่เกิด

30 ความคิดเกี่ยวกับวิธีการจานอาหารเช่นพ่อครัว (กรกฎาคม 2019).

Anonim

การแสดงออกร่วมกัน 'ง่ายเหมือนกับการหายใจ' เป็นความผิดพลาดอย่างแท้จริง การหายใจเนื่องจากกระดูกสันหลังที่สูงกว่าจะเป็นหน้าที่ทางชีววิทยาที่ซับซ้อนซึ่งเกี่ยวข้องกับเซลล์ประสาทหลายประเภท จำเป็นต้องมีเซลล์ประสาท chemosensory เพื่อให้ความรู้สึกออกซิเจนและระดับคาร์บอนไดออกไซด์ในเลือดและเซลล์ประสาทมอเตอร์เพื่อควบคุมการเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อ นอกจากนี้ยังต้องการเซลล์ประสาทเฉพาะเพื่อสร้างจังหวะการหายใจที่ถูกต้องเมื่อคลอดและรักษาไว้ตลอดชีวิต กลไกที่การกระทำของกลุ่มเซลล์หลากหลายเหล่านี้ถูกจัดระเบียบอย่างประณีตเพื่อสร้างจังหวะการหายใจที่แม่นยำยังคงเป็นเรื่องลึกลับ

ในห้องทดลองของเธอที่วิทยาลัยแพทยศาสตร์เบย์เลอร์ Dr.Huda Zoghbi และเพื่อนร่วมงานของเธอได้ค้นพบเชื้อสายของเส้นประสาทสองเส้นในสายสะดือที่ทำหน้าที่เป็นตัวนำของซิมโฟนีทางชีววิทยาอันงดงาม พวกเขาประสานงานและถ่ายทอดข้อมูลประสาทสัมผัสที่ได้จากตัวเคมีต่างๆไปยังเซลล์ประสาทที่มีจังหวะการเต้นของหัวใจในวงจรทางเดินหายใจส่วนกลางเพื่อสร้างและรักษาจังหวะการหายใจที่ดีที่สุดซึ่งเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการอยู่รอดของทารกแรกเกิด

Zoghbi ซึ่งเป็นศาสตราจารย์ด้านพันธุศาสตร์ระดับโมเลกุลและมนุษย์และกุมารเวชศาสตร์และประสาทวิทยาที่เบย์เลอร์กล่าวและว่า "ความสามารถในการปรับจังหวะการหายใจเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงระดับออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการอยู่รอดของมนุษย์และสัตว์อื่น ๆ ผู้อำนวยการ Jan and Dan Duncan สถาบันวิจัยระบบประสาทที่โรงพยาบาลเด็กเท็กซัสกล่าว "ในระหว่างการพัฒนาวงจรประสาทส่วนใหญ่เดินสายสามารถปฏิบัติในมดลูกและปรับแต่งกิจกรรมตามความคิดเห็นที่ได้รับ"

วงจรประสาทที่เกี่ยวข้องในการหายใจ แต่จะต้องมีสายได้อย่างแม่นยำและพร้อมที่จะดำเนินการไม่มีที่ติที่เกิดโดยไม่ต้องปฏิบัติก่อน (ในระดับความสูงหรือระหว่างการออกกำลังกาย) หรือเมื่อเกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ขึ้น (ในโรคปอดอุดกั้นเรื้อรังโรคหอบหืดและภาวะหยุดหายใจขณะนอนหลับ) วงจรประสาทจะต้องชดเชยได้อย่างรวดเร็ว โดยการทำให้หายใจลึกและเร็วขึ้น

ยีนควบคุมหลักผ่านปัจจัยการถอดรหัสควบคุมการพัฒนาประชากรของเซลล์ประสาทและประสานการตอบสนองอย่างรวดเร็วระหว่างพวกเขา ยีนเหล่านี้จะแยกตัวของทั้งสองฝ่ามือออกเป็นรูปแบบกระดานหมากรุกซึ่งเป็นแผนภาพทางพันธุกรรมที่สร้างวงจรการหายใจด้วยระบบประสาท

Zoghbi ผู้ซึ่งเป็นนักวิจัยของ Howard Hughes Medical Institute กล่าวว่า "การทำความเข้าใจว่ายีนสำคัญ ๆ เหล่านี้ตั้งวงจรการหายใจได้อย่างไรให้ข้อมูลเชิงลึกที่มีค่าว่าวงจรการหายใจของระบบประสาทกำลัง" เริ่มต้นอย่างรวดเร็ว "ตั้งแต่แรกเกิด นอกจากนี้ยังสามารถให้ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญในสาเหตุของความทุกข์ทางเดินหายใจในทารกคลอดก่อนกำหนดและทารกที่ตายจากโรคทารกเสียชีวิตอย่างกะทันหัน (SIDS)

การตั้งค่าวงจรการหายใจ

Atonal homolog 1 (Atoh1) เป็นหนึ่งในกฎระเบียบดังกล่าว เป็นเวลาหลายสิบปีที่นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามเข้าใจว่าทำไมหนูที่ขาดยีน Atoh1 ตายจากความล้มเหลวของระบบทางเดินหายใจในช่วงคลอด Atoh1 จะแสดงตามความยาวทั้งหมดของ hindbrain และจำเป็นสำหรับการพัฒนาสายพันธุ์ของเส้นประสาทในบริเวณสมองนี้อย่างเหมาะสม

การศึกษาก่อนหน้านี้ในห้องปฏิบัติการของ Zoghbi รายงานว่าเมื่อ Atoh1 ถูกลบออกจากนิวเคลียส retrotrapasoid (RTN) กลุ่มของเซลล์ประสาทที่อยู่ในส่วนล่างของ hindbrain หนูไม่สามารถเพิ่มจังหวะการหายใจของพวกเขาในการตอบสนองต่อระดับสูง ของคาร์บอนไดออกไซด์และยังน่าทึ่งเพียงบางส่วนของหนูแรกเกิดในครอกนี้เสียชีวิต สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าเซลล์ประสาทการแสดงออกของ Atoh1 อื่น ๆ จะต้องมีบทบาทสำคัญในการหายใจและกระตุ้นห้องทดลองของ Zoghbi เพื่อศึกษาเซลล์ประสาทอื่น ๆ ของ Atoh1 ด้วยการใช้เทคนิคการตรวจหาเชื้อพันธุกรรม Meike van der Heijden นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาในห้องทดลองของ Zoghbi และหลัก ผู้เขียนบนกระดาษพบว่าเซลล์ประสาทที่ซับซ้อน parabrachial ถูกเปิดใช้งานเฉพาะเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงระดับออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งชี้ให้เห็นว่าพวกเขาอาจมีบทบาทสำคัญในการควบคุมการหายใจภายใต้สภาวะเครียด

"Atoh1 ถูกลบออกจากบริเวณรอยริมฝีปากบนซึ่งส่วนหนึ่งของ hindbrain ด้านบนซึ่งเซลล์ประสาท PBC เกิดขึ้น" van der Heijden กล่าว แม้ว่าหนูจะขาดเซลล์ประสาทที่ซับซ้อน แต่ก็ยังมีชีวิตรอดอยู่ในช่วงแรก ๆ ของทารกแรกเกิดพวกเขาแสดงให้เห็นถึงการควบคุมระบบทางเดินหายใจที่ไม่สมบูรณ์เช่นภาวะผิดจังหวะและภาวะหยุดหายใจขณะหลับนอกจากนี้หนูเหล่านี้ยังไม่สามารถหายใจได้เร็วขึ้นหรือลึกขึ้นเมื่อออกซิเจนอยู่ในระดับต่ำร่วมกันกล่าวได้ว่า parabrachial complex เซลล์ประสาทจำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตที่เหมาะสมของเครือข่ายทางเดินหายใจ "

นักวิจัยต่อไปถามว่าเซลล์ประสาทที่ซับซ้อน parabrachial สื่อสารข้อมูลเกี่ยวกับประสาทสัมผัสกับระบบทางเดินหายใจส่วนกลางหรือไม่พวกเขากระตุ้นเซลล์ประสาทที่เป็นจังหวะหรือทำหน้าที่โดยตรงกับกล้ามเนื้อ? การใช้สายเมาส์ที่สร้างขึ้นใหม่ซึ่งแยกแยะความแตกต่างของเซลล์ประสาท Atoh1 จากเซลล์ประสาทชนิดอื่น ๆ พวกเขาสรุปว่าเซลล์ประสาทที่ซับซ้อนทำหน้าที่โดยทางอ้อมโดยการติดต่อสื่อสารแบบเลือกสรรกับเซลล์ประสาทแบบ rhythmogenic และเซลล์ประสาท RTN

นอกจากนี้ผู้เขียนพบว่าการพัฒนาที่ผิดปกติของเซลล์ประสาทที่ซับซ้อน parabrachial หรือเซลล์ประสาท RTN สรุปลักษณะเฉพาะของการควบคุมการหายใจไม่บรรลุนิติภาวะที่เห็นในทารกคลอดก่อนกำหนด สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าถึงแม้ว่าเชื้อสายเหล่านี้จะตอบสนองต่อความรู้สึกที่แตกต่างกัน แต่ก็มีความสำคัญอย่างยิ่งยวดในการตีความจังหวะการหายใจเร็วขึ้น หนูที่สูญเสีย Atoh1 ทั้งในกลุ่ม parabrachial complex และ RTN neurons มีปัญหาการหายใจที่รุนแรงและเสียชีวิตตั้งแต่แรกเกิด ผลการศึกษาเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าถึงแม้ว่าชนิดของเซลล์ประสาทที่ซับซ้อนและเซลล์ประสาทเทียม RTN สามารถชดเชยการสูญเสียซึ่งกันและกันได้ แต่ก็ต้องกระทำร่วมกันเพื่อให้แน่ใจว่าสัตว์มีชีวิตรอดได้

จากการศึกษาครั้งนี้ผู้เขียนเสนอรูปแบบการเปลี่ยนแปลงของระดับออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ (เช่นเมื่อคลอดหรือเนื่องจากระดับความสูงและการออกกำลังกาย) จะถูกตรวจพบโดยเซลล์ประสาทเคมีและส่งผ่านไปยังเซลล์ประสาทที่ซับซ้อนและ parabrachial neurons RTN ในทางกลับกันเซลล์ประสาทเหล่านี้ถ่ายทอดข้อมูลนี้ไปยังเซลล์ประสาทที่มีจังหวะการเคลื่อนไหวกระตุ้นเซลล์ประสาทและกล้ามเนื้อและช่วยให้สัตว์หายใจเร็วและลึก ๆ เพื่อสูดดมออกซิเจนมากขึ้น

การศึกษานี้เป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดความผิดปกติของการหายใจในทารกที่คลอดก่อนกำหนดและทำไมทารกที่มีสุขภาพดีดูเหมือนจะตายจาก SIDS

ทารกที่มีการกลายพันธุ์ในยีนที่ควบคุมการพัฒนาและการทำงานของทั้งสองสายพันธุ์ของเส้นประสาทนี้น่าจะมีความเสี่ยงต่อการเกิดปัญหาทางเดินหายใจที่เพิ่มขึ้น นอกจากนี้เนื่องจากเครือข่ายการหายใจระบบประสาทในทารกแรกเกิดเหล่านี้จะยังไม่บรรลุนิติภาวะแม้ว่าการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของระดับออกซิเจนหรือคาร์บอนไดออกไซด์ในสิ่งแวดล้อมอาจส่งผลร้ายแรง

การศึกษาครั้งนี้มีเป้าหมายระดับโมเลกุลและเซลลูลาร์ที่ดีเยี่ยมในการตรวจสอบว่าสายเลือด Atoh1 ที่ผิดปกติอาจส่งผลต่อความล้มเหลวของระบบทางเดินหายใจในทารกแรกเกิดและมีความเสี่ยงสูงได้อย่างไร การทำความเข้าใจเกี่ยวกับโหนดหลักในเครือข่ายทางเดินหายใจที่มีความสำคัญต่อการหายใจที่ดีเป็นขั้นตอนสำคัญสำหรับแพทย์ในการทำความเข้าใจว่าอะไรที่ช่วยในการหายใจช่องโหว่ของทารกแรกเกิดและเพื่อป้องกันการเสียชีวิตที่เกี่ยวข้องกับ SIDS ในอนาคต

อ่านรายละเอียดทั้งหมดของงานนี้ในวารสาร eLife

โพสต์ยอดนิยม

แนะนำ