Aν υπάρχει διαφορά μόνο σε έναν μόνο νευρώνα μεταξύ ανδρών και γυναικών, θα είχε σημασία;
Ένα από τα πιο χρήσιμα μοντέλα για τη μελέτη αυτών των ερωτημάτων είναι το νηματώδες Caenorhabditis elegans (C. elegans). Αυτό το μικροσκοπικό σκουλήκι έχει πολλά χαρακτηριστικά που το καθιστούν εξαιρετικό ερευνητικό μοντέλο, ένα από τα οποία είναι ότι κάθε κύτταρο στο σώμα του έχει μια προκαθορισμένη ταυτότητα και γενεαλογία.
Όπως και οι άνθρωποι, το C. elegans έχει δύο φύλα. Ωστόσο, αντί για αρσενικό και θηλυκό, τα δύο φύλα αυτού του σκουληκιού είναι αρσενικό και ερμαφρόδιτο -ένα αυτογονιμοποιούμενο άτομο ικανό να παράγει τόσο αρσενικούς όσο και θηλυκούς γαμέτες (σπέρμα και ωάρια), επιτρέποντάς του να αναπαράγεται χωρίς σύντροφο.
Ερευνητές από τη Σχολή Βιολογίας του Τεχνολογικού Ινστιτούτου Technion-Israel εξέτασαν αυτές τις διαφορές που αφορούν το φύλο (σεξουαλικός διμορφισμός) στο C. elegans και αποκάλυψαν εκπληκτικά ευρήματα.
Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε στα Proceedings of the National Academy of Sciences, διεξήχθη από τον Δρ. Yael Iosilevskii και τον Δρ. Menachem Katz από το Εργαστήριο του Καθηγητή Beni Podbilewicz, σε συνεργασία με τον Καθηγητή David H. Hall του Κολλεγίου Ιατρικής Albert Einstein στη Νέα Υόρκη.
Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι ένας νευρώνας με υψηλή διακλάδωση που ονομάζεται PVD, ο οποίος προηγουμένως είχε χαρακτηριστεί στα ερμαφρόδιτα, σχηματίζει μια διαφορετική δομή στα αρσενικά. Επιπλέον, ενώ στα ερμαφρόδιτα το PVD λειτουργεί κυρίως στην αίσθηση του πόνου, στα αρσενικά, έχει έναν επιπλέον ρόλο κατά τη διάρκεια του ζευγαρώματος. Όταν η ανάπτυξή του διαταράσσεται, τα αρσενικά είναι πιο αργά και λιγότερο συντονισμένα. Αυτή η ανακάλυψη παρέχει ένα μοναδικό παράδειγμα σεξουαλικού διμορφισμού στη δομή ενός μόνο νευρώνα, ο οποίος συνδέεται με διαφορές συμπεριφοράς.
Δομή PVD που δείχνει διαφορές με βάση το φύλο. Στα δεξιά, PVD σε έναν ενήλικο ερμαφρόδιτο (κυανό). Στα αριστερά, PVD σε έναν ενήλικο αρσενικό (κυανό), δίπλα σε 18 νευρώνες.
Έχει αποδειχθεί εδώ και καιρό ότι οι άνδρες και οι γυναίκες έχουν διαφορετικές ευαισθησίες σε διάφορες νευρολογικές διαταραχές. Για παράδειγμα, οι γυναίκες είναι πιο επιρρεπείς στην κατάθλιψη, ενώ οι άνδρες έχουν υψηλότερο κίνδυνο νόσου του Πάρκινσον. Θα μπορούσαν αυτές οι διαφορές να συνδέονται με τη δομή των μεμονωμένων νευρώνων στον εγκέφαλο; Αυτό είναι δύσκολο να προσδιοριστεί λόγω του μεγάλου αριθμού νευρώνων στον ανθρώπινο εγκέφαλο -περίπου 75 δισεκατομμύρια.
Ακόμα κι αν διαπιστωνόταν διαφορά μεταξύ των φύλων σε έναν μόνο νευρώνα, ο εντοπισμός της ακριβούς συμβολής του θα ήταν δύσκολος, καθώς ακόμη και οι απλούστερες εργασίες απαιτούν πλήθος περίπλοκα διασυνδεδεμένων νευρώνων.
Για να διερευνήσουν τη σημασία της χωρικής δομής ενός μόνο νευρώνα, οι ερευνητές στράφηκαν στο νηματώδες C. elegans, μήκους μόλις ενός χιλιοστού. Ένα μοναδικό χαρακτηριστικό αυτού του οργανισμού είναι ότι η ταυτότητα και των 302 νευρώνων στα ερμαφρόδιτα είναι αμετάβλητη, επιτρέποντας στους επιστήμονες να χαρτογραφήσουν πλήρως την τοποθέτησή τους, τη χωρική δομή και τις συνδέσεις τους.
«Επιπλέον», δήλωσε ο καθηγητής Podbilewicz, «εντός του πληθυσμού των νηματωδών, υπάρχουν αρσενικά με ξεχωριστή ανατομία, περισσότερους νευρώνες και διαφορετική συμπεριφορά. Αυτό δημιουργεί ένα αξιοσημείωτα απλό σύστημα όπου μπορούμε να ρωτήσουμε άμεσα: Τι καθορίζει τη δομή κάθε νευρώνα στο νευρικό σύστημα; Υπάρχουν διαφορές ανά φύλο και επηρεάζουν τη συμπεριφορά;»
Για να απαντήσουν σε αυτά τα ερωτήματα, ο Δρ. Iosilevskii και ο Δρ. Katz μελέτησαν την ανάπτυξη του αισθητηριακού νευρώνα PVD. Αυτός ο νευρώνας έχει μια πολύ διακλαδισμένη δομή, με επαναλαμβανόμενες υπομονάδες που μοιάζουν με κηροπήγιο. Το ιδιαίτερο σχήμα του και η ανάπτυξή του κατά την ωρίμανση του οργανισμού τον έχουν καταστήσει ερευνητικό επίκεντρο για πάνω από μια δεκαετία. Ενώ πολλά είναι γνωστά για την ανάπτυξή του σε ερμαφρόδιτα, το PVD δεν είχε χαρακτηριστεί σε αρσενικά ούτε είχε εξεταστεί για σεξουαλικό διμορφισμό.
Οι ερευνητές ξεκίνησαν να προσδιορίσουν εάν οι αρσενικοί νευρώνες PVD αναπτύσσουν διαφορετική χωρική δομή και εάν αυτή η διαφορά επηρεάζει τη συμπεριφορά ενός αρσενικού.
Οι ερευνητές εξεπλάγησαν όταν ανακάλυψαν ότι σε ενήλικα αρσενικά, το PVD επεκτείνει επιπλέον κλάδους στην ουρά-βεντάλια, ένα εξειδικευμένο αρσενικό όργανο που χρησιμοποιείται για ζευγάρωμα. Μαζί με τον καθηγητή Hall, διαπίστωσαν ότι αυτοί οι κλάδοι είναι εντελώς ξεχωριστοί από τους προηγουμένως γνωστούς νευρώνες σε αυτήν την περιοχή. Αυτή η μοναδική διακλάδωση εμφανίζεται κατά την τελική εξέλιξη από νεαρό σε ενήλικο. Λίγο αργότερα, το αρσενικό αρχίζει να επιδεικνύει τη συμπεριφορά ζευγαρώματος που είναι ειδική για το φύλο. Οι ερευνητές ανακάλυψαν περαιτέρω ότι όταν το PVD δεν αναπτύσσεται σωστά, αυτή η συμπεριφορά ζευγαρώματος επηρεάζεται, με αποτέλεσμα τα αρσενικά να γίνονται πιο αργά και λιγότερο συντονισμένα.
Η ανακάλυψη σεξουαλικού διμορφισμού στη δομή ενός μόνο αισθητηριακού νευρώνα, ο οποίος σχετίζεται επίσης με τη συμπεριφορά που αφορά συγκεκριμένα τα αρσενικά, παρέχει ένα μοναδικό παράδειγμα στο C. elegans και ανοίγει νέους δρόμους για τη μελέτη των νευρωνικών διαφορών που βασίζονται στο φύλο. Η ανακάλυψη αναμένεται να ενισχύσει την κατανόησή μας για το πώς τέτοιοι διμορφισμοί φύλου μεταβάλλουν τις αντιδράσεις τόσο σε επίπεδο ενός κυττάρου όσο και στη συμπεριφορά ολόκληρου του οργανισμού.
Περισσότερες πληροφορίες: Yael Iosilevskii et al, The PVD neuron has male-specific structure and mating function in Caenorhabditis elegans, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2421376122.
