Исследование показывает, что мать-аскарида выделяет химическое вещество, называемое серотонином, когда она чувствует опасность, такую как изменение температуры, что может быть вредным или даже смертельным для животного. Серотонин перемещается из центральной нервной системы матери к ее неоплодотворенным яйцеклеткам, где предупреждение сохраняется, так сказать, в яйцеклетках, а затем передается потомству после зачатия.
В ходе экспериментов исследователи обнаружили, что эмбрионы от матерей, которые передавали сигнал опасности серотонина, имели более высокий уровень рождаемости и выживаемость, чем женские круглые черви, у которых был удален сигнал серотонина.
«Наше исследование показывает, что сенсорная реакция матери на опасность на самом деле защищает потомство», – говорит Вина Прахлад, доцент кафедры биологии и автор-корреспондент исследования, опубликованного в журнале eLife. "Проще говоря, она, кажется, защищает своих потенциальных детей, прежде чем защитить себя."
Есть намеки на то, что этот канал связи существует у млекопитающих, но исследователи мало что знают о том, как это происходит. Поэтому Прахлад и ее команда решили подробно изучить его на аскариде.
Исследователи показали, что высвобождение серотонина материнскими нейронами запускает экспрессию гена в гонаде, которая защищает незрелую яйцеклетку, обеспечивая ее выживание после оплодотворения и даже делая личинок круглых червей более устойчивыми к стрессорам.
Команда подтвердила эти результаты, сравнив показатели рождения и выживаемости личинок круглых червей, которые получили сигнал серотонина, с теми, у кого был удален сигнальный фермент серотонина. Результаты показали, что личинки круглых червей, получившие материнский серотонин, имели успешные роды и выживаемость на 94% при воздействии более высоких температур по сравнению с 50% успешными родами и выживаемостью при более высоких температурах у потомства круглых червей с удаленным ферментом, передающим сигнал серотонина.
«Итак, стресс у матери не всегда плохо», – говорит Прахлад. «В этом случае он фактически готовит потомство к будущему."
«Самой захватывающей частью нашего исследования был эффект трансформации поколений», – говорит Сриджит Дас, первый автор исследования и доктор биологических наук. "Когда мать испытывает стресс, последствия передаются яйцеклеткам, так что потомство, которое вырастает из этих яиц, имеет более высокую толерантность к тому же стрессору."
Исследователи сделали еще один шаг вперед, протестировав механизм передачи сигналов серотонина на клетках млекопитающих. В этих экспериментах, сотрудничая с Джошем Вейнером, профессором биологии из Айовы и соавтором исследования, исследователи вводили мышам нейроны серотонина. Они наблюдали, что серотонин вызывает тот же защитный механизм, что и в яйцах круглых червей, и общий для всех растений и животных, известный как реакция теплового шока.
Этот механизм, запускаемый белком, называемым фактором транскрипции HSF1, и который активируется изменениями температуры, солености и других факторов стресса, запускает производство класса белков, называемых молекулярными шаперонами, которые ищут, восстанавливают или восстанавливают избавиться от поврежденных белков, которые стали токсичными для клетки.
Это означает, что в ожидании дополнительных исследований серотонин может стать вариантом лечения для активации клеточной защиты от нейродегенеративных заболеваний, связанных со старением, включая деменцию, болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона.
«Это было странное путешествие, но было очень приятно видеть, что это то, что может происходить в нейронах млекопитающих», – говорит Прахлад. "Вы увеличиваете серотонин, и вы можете заставить нейроны включать HSF1 и увеличивать молекулярные шапероны. И мы знаем, что если мы можем увеличить молекулярные шапероны, выборочно при деменции, мы получим уменьшение многих симптомов, токсичности, гибели и дисфункции нейронов."
Прахлад планирует проверить, сможет ли повышение серотонина у мышей предотвратить развитие деменции.
"Серотониновая система в высшей степени поддается лекарству.
Увеличить доступность серотонина несложно. Вам просто нужно будет определить дозировку и частоту, но это будет наш следующий шаг."
Исследование финансировалось Национальным институтом старения, филиалом Национальных институтов здоровья, и организацией Aging Mind and Brian Initiative в Айове.