Egy zacskó sós chips elfogyasztása után valószínűleg szomjasnak érzi magát. És egy hosszú ideig tartó testmozgás után is valószínűleg szomjasnak érzi magát. Ez a kétféle szomjúságérzet azonban nem ugyanaz.

Az első példában valószínűleg víz után nyúlna. Ennek az az oka, hogy a chipsevés után a sók és ásványi anyagok koncentrációja a véredben megemelkedik, ami az úgynevezett ozmotikus szomjúság állapotát idézi elő. Másrészt edzés után valószínűleg a Gatorade vagy más folyadék után nyúlnál, amely egyszerre rehidratál és pótolja az elektrolitokat, a testfunkciókhoz fontos ásványi anyagokat. Ez a szomjúság, az úgynevezett hipovolémiás szomjúság akkor jelentkezik, amikor a vér térfogata az izzadással járó folyadékveszteség miatt csökken.

Most a Caltech kutatói felfedezték az egér agyában a neuronok egyedi populációit, amelyek külön-külön irányítják az ozmotikus szomjúságot és a hipovolémiás szomjúságot. A kutatás egy nagy áteresztőképességű és robusztus technikát használt ki az olyan neuronok feltérképezésére, amelyeket egy adott viselkedés vagy inger aktivál.

A kutatást Yuki Oka biológiaprofesszor és Chen-ösztöndíjas laboratóriumában végezték, és a Nature című folyóiratban október 14-én megjelenő tanulmányban ismertetik.

Az emlősöknél két agyi régióról ismert, hogy fontos szerepet játszik az ivási viselkedésben: a subfornikus szerv (SFO) és az organum vasculosum laminae terminalis (OVLT). Az Oka-laboratórium korábban kimutatta, hogy e régiók mindegyike két általános neuroncsoportot tartalmaz: egyesek az ivási viselkedést indukálják, mások pedig gátolják azt.

A kutatócsoport Allan-Hermann Pool, a biológia és a biológiai mérnöki tudományok posztdoktori ösztöndíjasa vezetésével az e régiókban található neuronok különböző típusainak jellemzését tűzte ki célul. A neuronok az általuk kifejezett génrepertoár alapján különböző “típusoknak” tekinthetők. Az egysejtes RNS-seq-nek nevezett technikával Pool és kollégái megmérték a génexpressziót az SFO és az OVLT területén található összes neuronban egerekben. Azt találták, hogy mindegyik agyi struktúra valójában legalább nyolc különböző típusú neuront tartalmazott. Ez a sejtek sokkal nagyobb változatosságát jelenti, mint azt eredetileg feltételezték.

A következő lépésben a kutatócsoport a különböző sejttípusok működését vizsgálta egy gyors és méretezhető technika kifejlesztésével, az úgynevezett stimulus-sejttípus-térképezéssel. Ez a fontos eszköz lehetővé tette a csapat számára, hogy a molekuláris szignatúráknak a neurális aktivációval kapcsolatos feltérképezésével meghatározzák, hogy mely sejtek vesznek részt bizonyos viselkedési állapotokban. Ily módon a csapat felfedezte, hogy az SFO-n és az OVLT-n belül két egyedi neurontípus létezik, amelyeket az ozmotikus, illetve a hipovolémiás szomjúság aktivál.

“Az inger-asejt-típus térképezés különösen hasznos az okozó neuronok gyors azonosítására bármilyen viselkedés, motivációs állapot vagy gyógyszerhatás esetében” – mondja Pool. “Ami korábban több évig tartott volna, ma már csak két hétig tart.”

Az egereket ezután genetikailag módosították, hogy a csapat az optogenetikának nevezett technikával fényimpulzusokkal aktiválni tudja az ozmolalitás- és hipovolémiára érzékeny neuronokat. A kutatók kimutatták, hogy az ozmolalitásérzékeny neuronok aktiválása arra késztette az egereket, hogy tiszta vizet igyanak, és kerüljék a sós vizet. Ezzel szemben, amikor a hipovolémiára érzékeny neuronokat aktiválták, az egerek étvágyat mutattak az ásványi anyagokban gazdag folyadékok iránt.

“Eredményeink azt mutatják, hogy a szomjúság egy multimodális érzés, amelyet különböző ingerek váltanak ki. Ez izgalmas eredmény, mert azt mutatja, hogy agyunk a belső állapotokat nagyon hasonló stratégiával érzékeli, mint a perifériás érzékszervek, például az ízlelés és a szaglás” – mondja Oka.”

Pool megjegyzi, hogy csapatuk több nemzetközi tudósból állt. “Ez a munka nem lett volna megvalósítható az amerikai egyetemek által általában és különösen a Caltech által képviselt nyitott és befogadó környezet nélkül” – mondja Pool, aki észt származású.

A tanulmány címe “A különböző szomjúsági modalitások sejtes alapja”. Pool a tanulmány első szerzője. Pool és Oka mellett a Caltech további társszerzői Tongtong Wang végzős hallgató és Sangjun Lee (PhD ’20) korábbi végzős hallgató. További társszerzők David Stafford (BS ’04), Rebecca Chance és John Ngai (BS ’82, MS ’84, PhD ’89) a Berkeley Egyetemről. A finanszírozást a Caltech elnöke és provosztusa, a Caltech Biológiai és Biológiai Mérnöki Részlege, a Searle Scholars Program, a Mallinckrodt Alapítvány, a McKnight Alapítvány, a Klingenstein-Simons Alapítvány, a New York Stem Cell Foundation és a National Institutes of Health induló alapítványai biztosították. A munka során a Caltech Beckman Intézetben működő Egysejtes Profilalkotó Központot használták fel. Oka a Caltech Tianqiao és Chrissy Chen Idegtudományi Intézetének társult oktatója.