Biomolekuliniai bonsai: kontroliuojamas neuronų šakų genėjimas ir stiprinimas

Biomolekuliniai bonsai: kontroliuojamas neuronų šakų genėjimas ir stiprinimas

Šiuo metu milijardai jūsų smegenų neuronų naudoja savo trilijonus ryšių, kad galėtumėte perskaityti ir suprasti šį sakinį.

Tyrinėdami uosle susijusius neuronus, Kyushu universiteto Medicinos mokslų fakulteto mokslininkai praneša apie naują biomolekulinio bonsai mechanizmą, kuris selektyviai sustiprina šiuos ryšius.

Kaip neuronų grandinės laikui bėgant pertvarko save, ypač ankstyvojo vystymosi metu, neurobiologijoje yra atviras klausimas. Neuronų vystymosi pradžioje neuronai suformuoja per didelį ryšių kiekį, kuris palaipsniui pašalinamas, kai kiti stiprėja.

Tyrinėdamas uoslės neurono tipą, vadinamą pelių mitraline ląstele, mokslininkų grupė nustatė, kad baltymas BMPR-2 yra vienas iš pagrindinių neuronų išsišakojimo selektyvaus stabilizavimo reguliatorių ir kad stiprėjimas įvyksta tik tada, kai šaka gauna signalus iš kitų neuronų .

„Pagrindinė priežastis, dėl kurios naudojame uoslės neuronus, yra ta, kad prie jų lengva prieiti ir jas tirti, o mitralinės ląstelės vystosi tik vieną šaką“, - paaiškina Shuhei Aihara, pirmasis tyrimo, paskelbto Ataskaitos Mobilusis.

„Kai uoslės neuronas aptinka specifinę molekulę, kurią užuodžiame, jis siunčia signalą į tam tikrą smegenų uoslės lemputės„ kelio stotį “, vadinamą glomerulu. Tada tas signalas per mitralines ląsteles perduodamas į smegenis. Viena mitralinė ląstelė gauna signalus už vieną specifinį kvapą “.

Labai ankstyvoje vystymosi stadijoje šios mitralinės ląstelės išsiunčia šakas į daugelį glomerulų. Laikui bėgant, šios šakos, žinomos kaip dendritai, nukerpamos, kad liktų tik vienas stiprus ryšys. Tyrėjų grupė nusprendė išsiaiškinti, kokie molekuliniai ženklai privertė vieną šaką būti pirmenybę prieš kitus.

Biomolekuliniai bonsai: kontroliuojamas neuronų šakų genėjimas ir stiprinimas

Išanalizavusi kandidatų veiksnius, kurie, kaip žinoma, kontroliuoja dendrito augimą ir pertvarkymą iš išorinių signalų, komanda sutelkė dėmesį į baltymą BMPR-2.

"Kai sutrikdėme BMPR-2, mitralinės ląstelės nesugebės selektyviai stabilizuotis ir užmegzti daugybę jungčių su keliais glomerulais", - paaiškina Aihara. "Kitame žingsnyje mes nustatėme, kad BMPR-2 yra prisijungęs prie baltymo, vadinamo LIMK, ir tik tada, kai BMPR-2 suaktyvina ląstelę signalizuojantis baltymas, vadinamas BMP, jis išskiria LIMK į ląstelę."

Žinoma, kad LIMK suaktyvina aktino, ląstelės „griaučio“, surinkimo procesą. Suaktyvėjęs aktinas pradeda kurti ilgas skaidulas, kurios stabilizuoja dendritus.

Tačiau tai vis dar nepaaiškino, kaip šis mechanizmas sustiprina konkrečius dendritus. Kitas komandos žingsnis buvo rasti elementus, kurie aktyvina LIMK. Jų tyrimas paskatino juos nustatyti gerai žinomą neuromediatorių - glutamo rūgštį - kaip vieną iš veiksnių, paleidžiančių procesą.

„Glutamo rūgštis reikalinga signalams perduoti tarp neuronų. Kartu tai reiškia, kad aktinui susidaryti būtini ir BMP, ir nerviniai signalai, taip skatinant stabilaus dendrito konstrukciją “, - teigia Aihara.

„Tai panašu į jūsų automobilio stabdį ir akseleratorių. Jums reikia atleisti stabdį, šiuo atveju BMPR-2 atleidžiant LIMK, tada paspauskite greitintuvą - neuromediatoriaus signalą, kad jūsų mašina galėtų judėti pirmyn. Vienalaikio valdymo arba įvesties būtinumas yra selektyvaus šakos stabilizavimo pagrindas “.

Komandai vadovavęs Takeshi Imai daro išvadą: „Tikimės, kad šios naujos neuroninės raidos įžvalgos gali padėti suprasti pagrindinius smegenų funkcijų pagrindinius mechanizmus ir galimą patologijų, kurias pabrėžia sinapsinė disfunkcija, gydymą“.

„Mūsų kitas žingsnis yra rasti veiksnius, skatinančius dendrito genėjimą, taip pat norime sužinoti, ar šis uoslės svogūnėlio mechanizmas yra esminis visame neokortekse“.