Кіріспе

Кейбір буынтық жануарлар мен анелидтердің миындағы құрылымдар жұбы. Саңырауқұлақ денелері немесе педункуляттық денелер – буынтық жануарлардың, оның ішінде жәндіктер мен қабықшалылардың, сондай-ақ кейбір анелидтердің (әсіресе Platynereis dumerilii) миындағы жұп құрылымдар. Олардың иіс сезу арқылы оқу және жадқа қатысы бар екені белгілі. Көптеген жәндіктерде саңырауқұлақ денелері мен бүйірлік мүйіз – иіс ақпаратын антенналық бөлімнен проекциялық нейрондар арқылы қабылдайтын мидың ең жоғары орналасқан екі аймағы. Оларды алғаш рет 1850 жылы француз биологы Феликс Дюжардин анықтап, сипаттаған.

Эволюциялық тарих

Тарихи тұрғысынан, саңырауқұлақ денелері тек жәндіктерде ғана болады деп есептелген, себебі олар крабтар мен лобстерлерде табылмайтын. Алайда, 2017 жылы мантис-шаяннан оларды табу, кейінірек басқа қорытындыға әкелді. Олар гименоптераларда ең жақсы дамыған, олардың иіс сезу мінез-құлқына ерекше күшті бақылаулары белгілі. Бірақ саңырауқұлақ денелері иіс сезу қабілеті жоқ примитивті жәндіктерде де кездесетіндіктен, олардың қызметі иіс сезуден асып түсуі мүмкін. Анатомиялық зерттеулер кейбір түрлерде көру және механорецепторлық ақпаратты өңдеуге қатысатынын көрсетеді. Әсіресе гименоптераларда, саңырауқұлақ денесі нейропилінің кіші аймақтары иіс, көру немесе екі түрлі сезімталдық ақпаратты қабылдауға бейімделген. Гименоптераларда иіс сезу ақпараты каликске қабаттастырылады. Көбелектерде әртүрлі қабаттарды ажыратуға болады, олар антенналық доғалдағы гломерулалардың әртүрлі топтарына сәйкес келеді, бұл, мүмкін, иістердің әртүрлі кластарын өңдеу үшін қажет. Антенналық бөлікті алдыңғы және артқы бөліктерге бөлетін екі негізгі проекциялық нейрон тобы бар. Проекциялық нейрон топтары бөлініп, гломерулалық топтарды жеке иннервациялайды және аксондарды медиалдық антенна-протоцеребральды тракт (m APT) немесе латеральдық антенна-протоцеребральды тракт (l APT) арқылы жеке жолдармен жібереді, содан кейін саңырауқұлақ денелерінің каликсіндегі екі қабатпен байланысады. Бұл қабаттарда антенналық доғалдың екі эфференттік аймағының ұйымдастырылуы топографиялық түрде бейнеленеді, саңырауқұлақ денелерінің каликсі аймағында антенналық доғалдың жалпы картасын құруға мүмкіндік береді. Жақындағы зерттеулер саңырауқұлақ денесінің жақтық мүйізбен өзара әрекеттесу арқылы туа біткен иіс мінез-құлқына қатысы бар екенін көрсетті, бұл саңырауқұлақ денесі шығыс нейрондарының (MBON) жеке адамдар арасындағы ішінара стереотиптік сезімтал жауаптарын пайдалануға мүмкіндік береді. Проекциялық нейрондар мен Кенион жасушалары арасындағы байланыс кездейсоқ болғанымен (яғни, жеке адамдар арасында стереотиптік емес), MBON жауаптарындағы стереотиптілік көптеген Кенион жасушаларының бірнеше MBON-ға тығыз жиналуы және басқа да желілік қасиеттерінің нәтижесі болып табылады. Саранчалардағы тәжірибелер Кенион жасушаларының белсенділігі 20 Гц жиілікті нейрондық тербелістермен синхронды екенін және тербелістік циклдің белгілі бір фазаларында проекциялық нейрондық импульстарға ерекше жауап беретінін көрсетті.

Ұйқы

МБ сыртындағы серотонергиялық және ГАБАергиялық нейрондардан сигналдар қабылдайтын нейрондар оянуды қамтамасыз етеді, ал осы серотонергиялық жоғары ағыстағы нейрондарды тәжірибелік түрде ынталандыру ұйқыға түсіреді. МБ-дағы мақсатты нейрондар серотонин, ГАМК және олардың комбинациясымен тежеледі. Екінші жағынан, октопамин МБ-ның ұйқы функциясына көрінбейді. Біз саңырауқұлақ денесінің Дрозофиланың иіс сезу арқылы оқу және есте сақтау қабілеті үшін маңызды екенін білеміз, өйткені олардың жойылған жағдайы бұл функцияны жояды. Саңырауқұлақ денесі денедің ішкі жағдайынан және иіс сезу деректерінен ақпаратты біріктіріп, туа біткен мінез-құлықты анықтай алады. Саңырауқұлақ денесін құрайтын нақты нейрондардың рөлі әлі толық анықталған жоқ. Дегенмен, бұл құрылымдар кеңінен зерттеледі, себебі олардың генетикалық құрамы жақсы зерттелген. Саңырауқұлақ денесінің жақтарын құрайтын үш ерекше нейрон классы бар: α/β, α’/β’ және γ нейрондары, олардың барлығы ерекше гендік экспрессияға ие. Қазіргі зерттеулердің тақырыбы – саңырауқұлақ денесіндегі осы субструктуралардың қайсысы оқу және есте сақтаудың әрбір кезеңі мен процесіне қатысады. Дрозофила саңырауқұлақ денелері оқу және есте сақтауды зерттеу үшін жиі қолданылады және олардың салыстырмалы түрде жекеленген табиғатының арқасында манипуляцияланады. Әдетте, иіс сезу арқылы оқыту сынақтары екі иіске ұшырудан тұрады; біреуі электрлік импульстармен (шартты стимул немесе CS+), ал екіншісі (шартсыз стимул немесе US) жұптастырылмайды. Осы оқыту кезеңінен кейін, ұшырулар горизонтальды ‘T’ пішіндес лабиринтінің екі басына жеке-жеке орналастырылады. CS+ стимулынан қашқан ұшырулардың пайызы есептеледі, ал жоғары көрсеткіш оқу және есте сақтаудың куәсі саналады.

Ұяшықтық жады іздері

Жақында жүргізілген зерттеулер иіс сезуді жаттықтыру және жасушалық бейнелеуді үйлестіре отырып, Drosophila иіс сезу жүйесіндегі молекулалық өзгерістермен сәйкес келетін алты естелік ізді анықтады. Осы іздердің үшеуі ерте қалыптасатын мінез-құлық жадымен байланысты. Мұндай іздердің бірі антенналық жамылғыда (АЛ) синапто-фторлы репортерлік молекулалар арқылы көрінеді. Жаттықтырылғаннан кейін бірден, АЛ-дегі сегіз гломерулідегі проекциялық нейрондардың қосымша тобы жаттықтырылған иіске жауап ретінде синаптық белсенділікке ие болады және тек 7 минутқа созылады. Екінші із GCaMP экспрессиясы арқылы анықталады, яғни саңырауқұлақ денесі нейрондарының α’/β аксондарында Ca2+ ағынының ұлғаюы. Бұл ұзаққа созылатын із, жаттықтырылғаннан кейін бір сағатқа дейін сақталады. Үшінші естелік із – алдыңғы жұпталған бүйірлік нейронның белсенділігінің төмендеуі, ол өзінің тежегіш ГАМК рецепторларының біреуі арқылы естелік қалыптасуын басушы ретінде әрекет етеді. АПЛ нейрондарының кальцийге жауап беруінің төмендеуі және одан кейін саңырауқұлаққа ГАМК босатудың төмендеуі иіс жаттықтырудан кейін 5 минутқа дейін сақталады. Аралық мерзімді естелік іздері дорсальды жұпталған медиалды нейрондарда орналасқан amn генінің экспрессиясына тәуелді. Саңырауқұлақ денелерін иннервациялайтын кальций ағыны мен синапты босатудың ұлғаюы электр тогымен иіс жұптастырылғаннан кейін шамамен 30 минуттан кейін анықталады және кем дегенде бір сағатқа созылады. Картаға түсірілген ұзақ мерзімді естелік іздерінің екеуі де CREB және CaMKII белсенділігіне және ақуыз синтезіне тәуелді және тек аралық жаттықтырудан кейін ғана пайда болады. Бірінші із α/β нейрондарынан жаттықтырылғаннан кейін 9-24 сағат ішінде анықталады және жаттықтырылған иіске жауап ретінде кальций ағынының ұлғаюымен сипатталады. Екінші ұзақ мерзімді естелік із γ саңырауқұлақтарында қалыптасады және жаттықтырылғаннан кейін 18-24 сағат ішінде кальций ағынының ұлғаюы арқылы анықталады.

cAMP динамикасы

Циклдік аденозин монофосфаты (cAMP немесе циклдік AMP) – екінші хабаршы, ол Drosophila melanogaster саңырауқұлағы денесі нейрондарының кальций ағынын жеңілдетуге қатысты. cAMP деңгейінің жоғарылауы Drosophila-да пресинаптикалық пластикалық өзгерістерге әкеледі. cAMP деңгейіне допамин және октопамин сияқты нейротрансмиттерлер де, сондай-ақ иістер де әсер етеді. Допамин мен октопамин саңырауқұлақ денесінің интернейрондарынан бөлінеді, ал иістер тікелей иіс жолының нейрондарын белсендіреді, нәтижесінде вольтажға тәуелді кальций арналары арқылы кальций ағыны пайда болады. Бұл нәтижелер саңырауқұлақ денесінің бөліктері cAMP әрекеті арқылы CS/US интеграциясының маңызды орны екенін көрсетеді. Бұл синергиялық әсер алғаш рет Aplysia-да байқалды, онда кальций ағыны мен G белоктарының серотонинмен белсендірілуі cAMP деңгейінің ұқсас синергиялық өсуін тудырады. Бұған қоса, cAMP-тің бұл синергиялық өсуі рутабага аденилциклазасымен (rut AC) байланысты және оған тәуелді, ол кальцийге (иістердің вольтажға тәуелді кальций арналарын ашуынан туындайтын) және G белоктарының стимуляциясына (допаминның әсерінен) сезімтал. Кальций жасушаға енгенде және кальмодулинмен байланысқанда, аденилат циклазаны (AC) ынталандырады, ол рутабага генімен (rut) кодталған. Бұл AC белсенділігі cAMP концентрациясын арттырады, ол PKA-ны белсендіреді.