Proc Natl Acad Sci U S A. 2020 Jul 9;201920469.  doi: 10.1073/pnas.1920469117.

Prototypical pacemaker neurons interact with the resident microbiota

Klimovich A¹, Giacomello S^2,3, Björklund A⁴, Faure L⁵, Kaucka M^5,6,7, Giez C⁸, Murillo-Rincon AP⁸, Matt A-S⁸, Willoweit-Ohl D⁸, Crupi G⁸, de Anda J^9,10, Wong GCL^9,10, D’Amato M¹¹, Adameyko I^5,6, Bosch TCG¹

1 Department of Cell and Developmental Biology, Zoological Institute, University of Kiel, D-24118 Kiel, Germany; aklimovich@zoologie.uni-kiel.de tbosch@zoologie.uni-kiel.de.

2 Department of Biochemistry and Biophysics, National Infrastructure of Sweden, Science for Life Laboratory, Stockholm University, 17121 Solna, Sweden.

3 Department of Gene Technology, Science for Life Laboratory, Kungligia Tekniska Högskolan Royal Institute of Technology, 17121 Solna, Sweden.

4 Department of Cell and Molecular Biology, National Infrastructure of Sweden, Science for Life Laboratory, Uppsala University, 75237 Uppsala, Sweden.

5 Department of Molecular Neurosciences, Center for Brain Research, Medical University Vienna, 1090 Vienna, Austria.

6 Department of Physiology and Pharmacology, Karolinska Institutet, 17177 Stockholm, Sweden.

7 Department of Evolutionary Genetics, Max Planck Institute for Evolutionary Biology, SH 24306 Plön, Germany.

8 Department of Cell and Developmental Biology, Zoological Institute, University of Kiel, D-24118 Kiel, Germany.

9 Department of Bioengineering, California NanoSystems Institute, University of California, Los Angeles, CA 90095-1600.

10 Department of Chemistry and Biochemistry, California NanoSystems Institute, University of California, Los Angeles, CA 90095-1600.

11 School of Biological Sciences, Monash University, Clayton, VIC 3800, Australia.

Нейроны-пейсмейкеры (нейроны спонтанно генерирующие определенный ритм активности) осуществляют контроль над функционированием определенных нейронных ансамблей за счет своей внутренней способности генерировать ритмические пачки потенциалов действия. В то же время было обнаружено у людей, мышей и кишечнополостных, что ритмические сокращения в органах пищеварительной системы зависят как от нейронов, так и от имеющейся там микробиоты. Каковы отношения между этими пейсмейкерными нейронами и микробиотой остается неясным. В данной работе этот вопрос изучался на гидре обыкновенной. У этих организмов удалось идентифицировать и функционально охарактеризовать пейсмейкерные нейроны, экспрессирующие определенные белки, составляющие ионные каналы, опосредующие пейсмейкерную активность. Неожиданно оказалось, что эти прототипичные пейсмейкерные нейроны также экспрессируют богатый набор генов иммунной системы, опосредующих их взаимодействия с микробным окружением. Было установлено, что программы экспрессии данных генов очень консервативны, и сходство обнаруживается между пейсмейкерными нейронами гидры, пейсмейкерными нейронами нематоды C. elegans и пейсмейкерными клетками желудочно-кишечного тракта мышей. Все эти клетки являются иммунокомпетентными. А экспрессия генов этих клеток зависит от микробного окружения. Полученные данные проливают свет на появление пейсмейкерных нейронов в эволюции как клеток, использующих иммунологические компоненты для взаимодействия с микробиотой и генерирующих ритмические сокращения с помощью специальных ионных каналов. Эти результаты свидетельствуют в пользу того, что обнаруженные у простой гидры принципы генерации пейсмейкерной активности приложимы и к другим организмам, включая человека.