Βιομοριακό μπονσάι: Έλεγχος κλαδέματος και ενίσχυσης των κλάδων νευρώνων

Βιομοριακό μπονσάι: Έλεγχος κλαδέματος και ενίσχυσης των κλάδων νευρώνων

Αυτή τη στιγμή, τα δισεκατομμύρια νευρώνες στον εγκέφαλό σας χρησιμοποιούν τις τρισεκατομμύρια συνδέσεις τους για να σας επιτρέψουν να διαβάσετε και να κατανοήσετε αυτήν την πρόταση.

Τώρα, μελετώντας τους νευρώνες που εμπλέκονται στην αίσθηση της οσμής, ερευνητές από τη Σχολή Ιατρικών Επιστημών του Πανεπιστημίου Kyushu αναφέρουν έναν νέο μηχανισμό πίσω από το βιομοριακό μπονσάι που ενισχύει επιλεκτικά αυτές τις συνδέσεις.

Πώς τα νευρωνικά κυκλώματα αναδιαμορφώνονται με την πάροδο του χρόνου, ειδικά κατά την πρώιμη ανάπτυξη, είναι ένα ανοιχτό ερώτημα στη νευροβιολογία. Στην αρχή της νευρωνικής ανάπτυξης, οι νευρώνες σχηματίζουν υπερβολικές ποσότητες συνδέσεων που σταδιακά εξαλείφονται καθώς ενισχύονται άλλοι.

Μελετώντας έναν τύπο οσφρητικού νευρώνα γνωστού ως μιτροειδές κύτταρο σε ποντίκια, η ερευνητική ομάδα διαπίστωσε ότι η πρωτεΐνη BMPR-2 είναι ένας από τους βασικούς ρυθμιστές της επιλεκτικής σταθεροποίησης της διακλάδωσης νευρώνων και ότι η ενίσχυση συμβαίνει μόνο όταν ο κλάδος λαμβάνει σήματα από άλλους νευρώνες .

«Ένας κύριος λόγος που χρησιμοποιούμε τους οσφρητικούς νευρώνες είναι επειδή είναι εύκολα προσβάσιμοι και μελετημένοι, και τα μιτροειδή κύτταρα αναπτύσσουν μόνο ένα μόνο κλαδί», εξηγεί ο Shuhei Aihara, πρώτος συγγραφέας της μελέτης που δημοσιεύθηκε στο Αναφορές τηλέφωνα.

«Όταν ένας οσφρητικός νευρώνας ανιχνεύει ένα συγκεκριμένο μόριο που μυρίζουμε, στέλνει το σήμα σε έναν συγκεκριμένο« δρόμο σταθμό »στον οσφρητικό βολβό του εγκεφάλου που ονομάζεται σπειράματα. Αυτό το σήμα στη συνέχεια μεταδίδεται στον εγκέφαλο μέσω μιτροειδών κυττάρων. Ένα μιτροειδές κύτταρο λαμβάνει σήματα για μια συγκεκριμένη μυρωδιά. "

Σε πολύ πρώιμο στάδιο ανάπτυξης, αυτά τα μιτροειδή κύτταρα στέλνουν κλαδιά σε πολλά σπειράματα. Καθώς ο χρόνος εξελίσσεται, αυτοί οι κλάδοι - γνωστοί ως δενδρίτες - κλαδεύονται για να αφήσουν μόνο μία, ισχυρή σύνδεση. Η ερευνητική ομάδα ξεκίνησε να ανακαλύπτει τι είδους μοριακές ενδείξεις προκάλεσε να ευνοηθεί ένας κλάδος έναντι άλλων.

Βιομοριακό μπονσάι: Έλεγχος κλαδέματος και ενίσχυσης των κλάδων νευρώνων

Αφού ανέλυσε υποψήφιους παράγοντες που είναι γνωστό ότι ελέγχουν την δενδρική ανάπτυξη και την αναδιαμόρφωση από εξωγενή σήματα, η ομάδα επικεντρώθηκε στην πρωτεΐνη BMPR-2.

«Όταν διακόψαμε το BMPR-2, τα μιτροειδή κύτταρα θα αποτύχουν στην επιλεκτική σταθεροποίηση και θα σχηματίσουν πολλαπλές συνδέσεις με πολλαπλά σπειράματα», εξηγεί η Aihara. "Στο επόμενο βήμα μας, διαπιστώσαμε ότι το BMPR-2 συνδέεται με μια πρωτεΐνη που ονομάζεται LIMK και μόνο όταν το BMPR-2 ενεργοποιείται από την πρωτεΐνη σηματοδότησης κυττάρων που ονομάζεται BMP, απελευθερώνει το LIMK στο κύτταρο."

Το LIMK είναι γνωστό ότι ενεργοποιεί τη διαδικασία για τη συναρμολόγηση της ακτίνης, του «σκελετού» του κυττάρου. Μόλις ενεργοποιηθεί, η ακτίνη αρχίζει να δημιουργεί μεγάλες ίνες που σταθεροποιούν τους δενδρίτες.

Ωστόσο, αυτό δεν εξηγούσε πώς αυτός ο μηχανισμός ενισχύει συγκεκριμένους δενδρίτες. Το επόμενο βήμα της ομάδας ήταν να βρει τα στοιχεία που ενεργοποιούν το LIMK. Η έρευνά τους τους οδήγησε να εντοπίσουν έναν γνωστό νευροδιαβιβαστή, το γλουταμικό οξύ, ως έναν από τους παράγοντες που ξεκινούν τη διαδικασία.

«Το γλουταμικό οξύ απαιτείται για τη μετάδοση σημάτων μεταξύ των νευρώνων. Συνολικά, αυτό σημαίνει ότι τόσο τα BMP όσο και τα νευρικά σήματα είναι απαραίτητα για να σχηματίσουν ακτίνη, προκαλώντας έτσι την κατασκευή ενός σταθερού δενδρίτη », δηλώνει η Aihara.

«Είναι σαν το φρένο και το γκάζι στο αυτοκίνητό σας. Πρέπει να ελευθερώσετε το φρένο, σε αυτήν την περίπτωση το BMPR-2 απελευθερώνει το LIMK και, στη συνέχεια, πατήστε το γκάζι - το σήμα του νευροδιαβιβαστή - για να προχωρήσει το μηχάνημά σας. Η αναγκαιότητα του ταυτόχρονου ελέγχου, ή των εισόδων, είναι η βάση της επιλεκτικής σταθεροποίησης κλάδου. "

Ο Takeshi Imai, ο οποίος ηγήθηκε της ομάδας, καταλήγει στο συμπέρασμα, "Ας ελπίσουμε ότι αυτές οι νέες γνώσεις για τη νευρική ανάπτυξη μπορούν να οδηγήσουν σε περαιτέρω κατανόηση των θεμελιωδών μηχανισμών πίσω από τις κρίσιμες εγκεφαλικές λειτουργίες και πιθανές θεραπείες σε παθολογίες που υπογραμμίζονται από τη συναπτική δυσλειτουργία."

"Το επόμενο βήμα μας είναι να βρούμε τους παράγοντες που προάγουν το κλάδεμα δενδριτών και θέλουμε επίσης να δούμε αν αυτός ο μηχανισμός στον οσφρητικό λαμπτήρα είναι θεμελιώδης σε ολόκληρο τον νεοκορτάτη."