Biomolekulární bonsaje: Řízení prořezávání a posilování větví neuronů

Biomolekulární bonsaje: Řízení prořezávání a posilování větví neuronů

V tuto chvíli miliardy neuronů ve vašem mozku používají své biliony spojení, aby vám umožnily přečíst a pochopit tuto větu.

Nyní studiem neuronů podílejících se na čichu vědci z Fakulty lékařských věd univerzity Kyushu hlásí nový mechanismus za biomolekulárními bonsai, který tato spojení selektivně posiluje.

Jak se neuronové obvody remodelují v průběhu času, zejména během raného vývoje, je v neurobiologii otevřenou otázkou. Na začátku vývoje neuronů vytvářejí neurony nadměrné množství spojů, které jsou postupně eliminovány, protože ostatní jsou posilovány.

Při studiu typu čichového neuronu známého jako mitrální buňka u myší výzkumný tým zjistil, že protein BMPR-2 je jedním z klíčových regulátorů selektivní stabilizace větvení neuronů a že k posílení dochází pouze v případě, že větev přijímá signály z jiných neuronů .

"Hlavním důvodem, proč používáme čichové neurony, je to, že jsou snadno přístupné a studovatelné a mitrální buňky si vyvinou pouze jednu větev," vysvětluje Shuhei Aihara, první autor studie publikované v Zprávy Cell.

"Když čichový neuron detekuje specifickou molekulu, kterou cítíme, vyšle signál na konkrétní" přechodovou stanici "v čichové baňce mozku zvanou glomerulus. Tento signál je poté přenášen do mozku prostřednictvím mitrálních buněk. Jedna mitrální buňka přijímá signály pro jeden konkrétní pach. “

Ve velmi rané fázi vývoje tyto mitrální buňky vysílají větve do mnoha glomerulů. Jak čas postupuje, jsou tyto větve - známé jako dendrity - prořezávány, aby zanechaly jen jedno silné spojení. Výzkumný tým se rozhodl zjistit, jaký druh molekulárních podnětů způsobil, že jedna větev byla upřednostňována před ostatními.

Biomolekulární bonsaje: Řízení prořezávání a posilování větví neuronů

Po analýze kandidátských faktorů, o nichž je známo, že řídí dendritický růst a remodelaci z vnějších signálů, se tým zaměřil na protein BMPR-2.

"Když jsme narušili BMPR-2, mitrální buňky selhaly při selektivní stabilizaci a vytvořily více spojení s více glomeruly," vysvětluje Aihara. "V našem dalším kroku jsme zjistili, že BMPR-2 je navázán na protein zvaný LIMK, a pouze když je BMPR-2 aktivován buněčným signálním proteinem zvaným BMP, uvolní LIMK do buňky."

Je známo, že LIMK aktivuje proces sestavování aktinu, „kostry“ buňky. Po aktivaci začne aktin vytvářet dlouhá vlákna, která stabilizují dendrity.

To však stále nevysvětlovalo, jak tento mechanismus posiluje konkrétní dendrity. Dalším krokem týmu bylo najít prvky, které aktivují LIMK. Jejich vyšetřování je vedlo k tomu, aby identifikovali známý neurotransmiter, kyselinu glutamovou, jako jeden z faktorů, který zahajuje proces.

"Kyselina glutamová je nezbytná pro přenos signálů mezi neurony." Dohromady to znamená, že jak BMP, tak nervové signály jsou nezbytné k tvorbě aktinu, a tím vyvolávají konstrukci stabilního dendritu, “uvádí Aihara.

"Je to jako brzda a plyn ve vašem autě." Musíte uvolnit brzdu, v tomto případě BMPR-2 uvolňující LIMK, a poté sešlápnout akcelerátor - signál neurotransmiteru - aby se vaše strojní zařízení pohlo vpřed. Nezbytnost současného řízení neboli vstupů je základem selektivní stabilizace větví. “

Takeshi Imai, který tým vedl, uzavírá: „Doufejme, že tyto nové poznatky o nervovém vývoji mohou vést k dalšímu pochopení základních mechanismů, které stojí za kritickými mozkovými funkcemi, a možné léčby patologií podtržených synaptickou dysfunkcí.“

"Naším dalším krokem je najít faktory, které podporují prořezávání dendritů, a také bychom chtěli zjistit, zda je tento mechanismus v čichové baňce zásadní v celém neokortexu."