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Flatworm nerve–muscle: structural and functional analysis

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Abstract:

Platyhelminthes occupy a unique position in nerve–muscle evolution, being the most primitive of metazoan phyla. Essentially, their nervous system consists of an archaic brain and associated pairs of longitudinal nerve cords cross-linked as an orthogon by transverse commissures. Confocal imaging reveals that these central nervous system elements are in continuity with an array of peripheral nerve plexuses which innervate a well-differentiated grid work of somatic muscle as well as a complexity of myofibres associated with organs of attachment, feeding, and reproduction. Electrophysiological studies of flatworm muscles have exposed a diversity of voltage-activated ion channels that influence muscle contractile events. Neuronal cell types are mainly multi- and bi-polar and highly secretory in nature, producing a heterogeneity of vesicular inclusions whose contents have been identified cytochemically to include all three major types of cholinergic, aminergic, and peptidergic messenger molecules. A landmark discovery in flatworm neuro biology was the biochemical isolation and amino acid sequencing of two groups of native neuropeptides: neuro peptide F and FMRFamide-related peptides (FaRPs). Both families of neuropeptide are abundant and broadly distributed in platyhelminths, occurring in neuronal vesicles in representatives of all major flatworm taxa. Dual localization studies have revealed that peptidergic and cholinergic substances occupy neuronal sets separate from those of serotoninergic components. The physiological actions of neuronal messengers in flatworms are beginning to be established, and where examined, FaRPs and 5-HT are myoexcitatory, while cholinomimetic substances are generally inhibitory. There is immunocytochemical evidence that FaRPs and 5-HT have a regulatory role in the mechanism of egg assembly. Use of muscle strips and (or) muscle fibres from free-living and parasitic flatworms has provided baseline information to indicate that muscle responses to FaRPs are mediated by a G-protein-coupled receptor, and that the signal transduction pathway for contraction involves the second messengers cAMP and protein kinase C.

Les plathelminthes, le phylum le plus primitif des métazoaires, occupent une position unique dans l'évolution du système nerf–muscle. Leur système nerveux consiste essentiellement en un cerveau archaïque et des paires associées de cordons nerveux longitudinaux, reliés par des commissures transverses qui forment des liens croisés orthogonaux. La microscopie confocale révèle que ces éléments au système nerveux central sont en continuité avec un réseau de plexus nerveux périphériques qui innervent une grille bien différentiée de muscles somatiques, aussi bien qu'un complexe de myofibrilles associées aux organes de fixation, d'alimentation et de reproduction. Des études électrophysiologiques des muscles des vers plats ont mis à jour une diversité de canaux ioniques activés par le voltage qui influencent les étapes de la contraction musculaire. Les principaux types de neurones sont les multipolaires et les bipolaires; ce sont des cellules fortement sécrétrices qui produisent des inclusions vésiculaires dont le contenu a été identifié par cytochimie comme comprenant les trois types de molécules messagères, soit les cholinergiques, les amin ergiques et les peptidergiques. Une découverte marquante dans la neurobiologie des vers plats a été l'isolement biochimique et le séquençage des acides aminés de deux groupes de neuropeptides indigènes, le neuropeptide F et les peptides apparentés aux FMRFamide (FaRPs). Ces deux familles de neuropeptides sont abondants et largement répandus chez les plathelminthes, ayant été retrouvés dans les vésicules des neurones chez des représentants de tous les taxons principaux de vers plats. Des études de double localisation montrent que les substances peptidergiques et cholinergiques se retrouvent dans des ensembles neuronaux différents de ceux qui contiennent les composantes sérotonergiques. Les activités physiologiques de ces messagers neuronaux chez les vers plats commencent à être comprises et, dans les cas étudiés, les FaRP et 5-HT sont des produits myoexcitateurs, alors que les substances cholinomimétiques sont généralement inhibitrices. Des données immunocytochimiques indiquent que les FaRP et 5-HT ont une rôle de régulation du mécanisme d'assemblage de l'oeuf. Des études faites avec des bandes de muscles et (ou) des fibres musculaires provenant de vers plats libres et parasites ont fourni des information de base qui montrent que les réactions des muscles aux FaRP se font par l'intermédiaire d'un récepteur couplé à une protéine G et que la voie de transduction du signal de la contraction implique les messagers secondaires cAMP et protéine kinase C.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: February 1, 2004

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