Инд. авторы:	Пальянов А.Ю., Ратушняк А.С.
Заглавие:	Об особенностях распространения сигналов в нервной системе c. elegans
Библ. ссылка:	Пальянов А.Ю., Ратушняк А.С. Об особенностях распространения сигналов в нервной системе c. elegans // Вавиловский журнал генетики и селекции. - 2014. - Т.18. - № 4-3. - С.1248-1258. - ISSN 2500-0462. - EISSN 2500-3259.
Внешние системы:	РИНЦ: 23001154;
Реферат:	rus: Среди организмов, наиболее широко используемых для изучения фундаментальных механизмов функционирования нервной системы, нематода Caenorhabditis elegans занимает особое место благодаря исключительно малому количеству нейронов. Уже на протяжении 25 лет она остается единственным организмом, для которого определен коннектом - описание всех нейронов и межнейронных связей. Однако этих данных оказалось в значительной степени недостаточно, для того чтобы разобраться в механизмах работы даже столь малой нервной системы. Последующие годы были посвящены как экспериментальным исследованиям, существенно дополнившим изначально полученные знания, так и созданию компьютерных моделей, охватывающих отдельные фрагменты нервной и мышечной систем. С 2005 г. предпринимаются попытки создания виртуальной копии C. elegans - сложной компьютерной модели, объединяющей нервную, сенсорную и мышечную системы, тело и фрагмент окружающей среды. Несмотря на определенный прогресс в этом направлении, результаты работы не столько приблизили исследователей к решению задачи, сколько пролили свет на ее действительную сложность. В данной работе мы проанализируем ряд проблем, возникающих перед исследователем, задавшимся целью создать биологически обоснованную модель нервной системы C. elegans, на примере простейшего нервного контура, связанного с реакцией на механосенсорный сигнал. eng: Among organisms most widely used for investigation of fundamental mechanisms of nervous system functioning, Caenorhabditis elegans is unique due to exceptionally small number of its neurons, 302. Over a period of 25 years it stays the only organism with known connectome - a description of its neurons and interneuronal connections. However, this information appeared to be insufficient for deciphering of mechanisms underlying the work of even such a small nervous system. Further years devoted to both experimental research and development of computational models. Consolidation of simulated nervous, sensory and muscular systems united with nematode body, or virtual C. elegans, is a big hope for solving this problem. Recent progress rather shed light on the real complexity of the problem than brought researchers closer to its solution. Here we perform an attempt to generalize, correlate and order a set of facts and data related to mechanisms of signals propagation in the C. elegans nervous system. As a result it was shown that electrotonical propagation of neural signal within distance of 1 mm or slightly more, which is common in C. elegans nervous system, is possible for some combinations of parameters (describing morphology and electrophysiology of this organism) within theoretically possible intervals. According to this, simulation of a fragment of C. elegans neural network based on real morphological and electrophysiological data presents to be quite reasonable. For example, it can be performed using NEURON software oriented to simulation of biological neural networks.
Ключевые слова:	моделирование; коннектом; electrotonic signal propagation; modeling; connectome; computational neuroscience; нейробиология; C. elegans; электротоническое проведение сигнала;
Издано:	2014
Физ. характеристика:	с.1248-1258
Цитирование:	1. Николлс Д.Г., Мартин А.Р., Валлас Б.Дж., Фукс П.А. От нейрона к мозгу. Гл. 7. Изд-во Едиториал УРСС, 2003. 686 с 2. Эккерт Р., Рэндалл Д., Огастин Д. Физиология животных. Механизмы и адаптации: Учебник в двух томах. М.: Мир, 1991. Т. 1 3. Barbosa-Morais N.L., Irimia M., Pan Q., Xiong H.Y., Gueroussov S., Lee L.J., Slobodeniuc V., Kutter C., Watt S., Colak R., Kim T., Misquitta-Ali C.M., Wilson M.D., Kim P.M., Odom D.T., Frey B.J., Blencowe B.J. The evolutionary landscape of alternative splicing in vertebrate species // Science. 2012. V. 338. No. 6114. P. 1587-1593. 4. Bargmann C.I. Neurobiology of the Caenorhabditis elegans genome // Science. 1998. V. 282. P. 2028-2033. 5. Carnevale N.T., Hines M.L. The NEURON Book. Cambridge, UK: Cambridge Univ. Press, 2006. 413 р. 6. Chalfie M., Sulston J.E., White J.G., Southgate E., Thomson J.N., Brenner S. The neural circuit for touch sensitivity in Caenorhabditis elegans // J. Neurosci. 1985. V. 5. P. 956-964. 7. Cohen N., Sanders T. Nematode locomotion: dissecting the neuronal-environmental loop // Curr. Opin. Neurobiol. 2014. V. 25. P. 99-106. 8. Faumont S., Rondeau G., Thiele T.R., Lawton K.J., McCormick K.E., Sottile M., Griesbeck O., Heckscher E., Roberts W.M., Doe C.Q., Lockery S.R. An image-free optomechanical system for creating virtual environments and imaging neuronal activity in freely moving Caenorhabditis elegans // PLoS ONE. 2011. V. 6. No. 9. e24666. 9. Goodman M.B., Hall D.H., Avery L., Lockery S.R. Active currents regulate sensitivity and dynamic range in C. elegans neurons // Neuron. 1998. V. 20. No. 4. P. 763-772. 10. Johnston D., Wu S.M.S. Foundations of Cellular Neurophysiology. MIT Press, Cambridge, MA, 1995. 750 р. 11. Lockery S.R., Goodman M.B. The quest for action potentials in C. elegans neurons hits a plateau // Nat. Neurosci. 2009. V. 12. P. 377-378. 12. Lüersen K., Faust U., Gottschling D.-C., Döring F. Gait-specific adaptation of locomotor activity in response to dietary restriction in Caenorhabditis elegans // J. Exp. Biol. 2014. V. 217. P. 2480-2488. 13. Maguire S.M., Clark C.M., Nunnari J., Pirri J.K., Alkema M.J. The C. elegans touch response facilitates escape from predacious fungi // Curr. Biol. 2011. V. 21. No. 15. P. 1326-1330. 14. Miyawaki A., Llopis J., Heim R., McCaffery J.M., Adams J.A., Ikura M., Tsien R.Y. Fluorescent indicators for Ca2+ based on green fluorescent proteins and calmodulin // Nature. 1997. V. 388. P. 882-887. 15. Nickell W.T., Pun R.Y.K., Bargmann C.I., Kleene C.I. Single ionic channels of two Caenorhabditis elegans chemosensory neurons in native membrane // J. Membrane Biol. 2002. V. 189. P. 55-66. 16. O’Hagan R., Chalfie M., Goodman B. The MEC-4 DEG/ENaC channel of Caenorhabditis elegans touch receptor neurons transduces mechanical signals // Nat. Neurosci. 2005. V. 8. No. 1. P. 43-50. 17. Piggott B.J., Liu J., Feng Z., Wescott S.A., Xu X.Z. The neural circuits and synaptic mechanisms underlying motor initiation in C. elegans // Cell. 2011. V. 147. No. 4. Р. 922-933. 18. Rall W. Cable theory for dendritic neurons // Methods in Neuronal Modelling: From Synapses to Networks / Eds C. Koch, I. Segev. MIT press, 1989. P. 9-62. 19. Rankin C.H. From gene to identified neuron to behaviour in Caenorhabditis elegans // Nat. Rev. Genet. 2002. V. 3. P. 622-630. 20. Rankin C.H. Invertebrate learning: what can’t a worm learn? // Curr. Biol. 2004. V. 14. No. 15. R617-618. 21. Roehrig C.J. Computational model of a behavior in C. elegans and a resulting framework for modularizing dynamical neuronal structures: PhD thesis. The University of British Columbia, 1998. 140 р. 22. Schafer W.R. Ed. Neurophysiological methods in C. elegans: an introduction (June 2, 2006), WormBook / The C. elegans Research Community, WormBook, doi/10.1895/ wormbook.1.111.1, http://www.wormbook.org. 23. Shen X.N., Sznitman J., Krajacic P., Lamitina T., Arratia P.E. Undulatory locomotion of Caenorhabditis elegans on wet surfaces // Biophys J. 2012. V. 102. No. 12. P. 2772-2781. 24. Shipley F.B., Clark M.C., Alkema M.J., Leifer A.M. Simultaneous optogenetic manipulation and calcium imaging in freely moving C. elegans // Front. Neural Circuits. 2014. V. 8. Art. 28. Р. 1-8. 25. Suzuki H., Kerr R., Bianchi L., Frøkjær-Jensen C., Slone D., Xue J., Gerstbrein B., Driscoll M., Schafer W.R. In vivo imaging of C. elegans mechanosensory neurons demonstrates a specific role for the MEC-4 channel in the process of gentle touch sensation // Neuron. 2003. V. 39. P. 1005-1017. 26. Varshney L.R., Chen B.L., Paniagua E., Hall D.H., Chklovskii D.B. Structural Properties of the Caenorhabditis elegans neuronal network // PLoS Comput. Biol. 2011. V. 7. No. 2. e1001066. 27. White J.G., Southgate E., Thomson J.N., Brenner S. The structure of the nervous system of the nematode Caenorhabditis elegans // Phil. Trans. Roy. Soc. L. 1986. B 314. Р. 1-340. 28. Wei A., Jegla T., Salkoff L. Eight potassium channel families revealed by the C. elegans genome project // Neuropharmacology. 1996. V. 35. No. 7. P. 805-829.