Biomolekulaarne bonsai: neuronite harude pügamise ja tugevdamise kontrollimine

Biomolekulaarne bonsai: neuronite harude pügamise ja tugevdamise kontrollimine

Sel hetkel kasutavad miljardid teie aju neuronid oma triljoneid ühendusi, et saaksite seda lauset lugeda ja mõista.

Nüüd, uurides lõhnatajus osalevaid neuroneid, teatavad Kyushu ülikooli arstiteaduskonna teadlased biomolekulaarse bonsai taga olevast uuest mehhanismist, mis neid seoseid selektiivselt tugevdab.

Kuidas neuronite ahelad end aja jooksul ümber kujundavad, eriti varases arengus, on neurobioloogias lahtine küsimus. Neuronite arengu alguses moodustavad neuronid liigse koguse ühendusi, mis teiste tugevnemisel järk-järgult elimineeritakse.

Uurides hiirtel mitraalrakuna tuntud haistmisnärvi tüüpi, leidis uurimisrühm, et valk BMPR-2 on neuronite hargnemise selektiivse stabiliseerimise üks põhiregulaatoreid ja et tugevnemine toimub ainult siis, kui haru saab signaale teistelt neuronitelt .

"Peamine põhjus, miks me haistmisnärve kasutame, on see, et neile on lihtne juurde pääseda ja neid uurida ning mitraalrakkudel areneb ainult üks haru," selgitab Shuhei Aihara, aastal avaldatud uuringu esimene autor Cell Reports.

"Kui haistmisneuron tuvastab konkreetse molekuli, mida me lõhname, saadab see signaali aju haistmissibulas spetsiifilisse" teejaama ", mida nimetatakse glomeruluseks. See signaal edastatakse seejärel mitraalrakkude kaudu ajju. Üks mitraalrakk saab signaale ühe konkreetse lõhna kohta. ”

Arengu väga varajases staadiumis saadavad need mitraalrakud harusid paljudesse glomerulitesse. Aja möödudes kärbitakse need harud - tuntud kui dendriidid -, et jätta ainult üks tugev side. Uurimisrühm asus välja selgitama, millised molekulaarsed vihjed põhjustasid ühe haru eelistamist teiste ees.

Biomolekulaarne bonsai: neuronite harude pügamise ja tugevdamise kontrollimine

Pärast kandidaatfaktorite analüüsimist, mis teadaolevalt kontrollivad dendriidi kasvu ja välistest signaalidest ümberkujundamist, keskendus meeskond valgule BMPR-2.

"Kui me katkestasime BMPR-2, siis mitraalrakud ebaõnnestusid selektiivses stabiliseerumises ja moodustasid mitu ühendust mitme glomeruliga," selgitab Aihara. "Järgmises etapis leidsime, et BMPR-2 on seotud valguga, mida nimetatakse LIMK, ja ainult siis, kui BMPR-2 aktiveerib rakusignaalvalk, mida nimetatakse BMP, vabastab see LIMK rakku."

LIMK aktiveerib teadaolevalt raku luustiku aktiin. Pärast aktiveerimist hakkab aktiin ehitama pikki kiude, mis stabiliseerivad dendriite.

See ei selgitanud siiski, kuidas see mehhanism konkreetseid dendriite tugevdab. Meeskonna järgmine samm oli leida elemendid, mis aktiveerivad LIMK-i. Nende uurimine viis nad tuvastama tuntud neurotransmitteri glutamiinhappe kui ühe protsessi käivitava teguri.

“Neutronite vaheliste signaalide edastamiseks on vajalik glutamiinhape. Kokkuvõttes tähendab see, et aktiini moodustamiseks on vaja nii BMP kui ka närvisignaale, kutsudes seeläbi esile stabiilse dendriidi ehituse, ”nendib Aihara.

"See on nagu teie auto pidur ja gaas. Peate vabastama piduri, antud juhul BMPR-2 vabastades LIMKi, ja vajutage siis gaasipedaalile - neurotransmitteri signaalile, et teie masin saaks edasi liikuda. Samaaegse juhtimise või sisendite vajalikkus on harude valikulise stabiliseerimise alus. ”

Meeskonda juhtinud Takeshi Imai jõuab järeldusele: "Loodetavasti võivad need uued teadmised närviarengust viia põhjalikumate teadmisteni aju kriitiliste funktsioonide taga olevate põhimehhanismide ja sünaptilise düsfunktsiooniga esile kutsutud patoloogiate võimaliku ravi kaudu."

"Meie järgmine samm on leida tegurid, mis soodustavad dendriidi pügamist, ja tahame ka näha, kas see haistmissibulas olev mehhanism on kogu neokorteksis põhiline."