Molekulinis tiltas tarpininkauja slopinančiai sinapsės specifikai žievėje

Molekulinis tiltas tarpininkauja slopinančiai sinapsės specifikai žievėje

Savo kvapą gniaužiančiais vaizdais ir stulbinančiu ūgiu Auksinių vartų tiltas tikrai nusipelno savo titulo kaip vienas iš šiuolaikinių pasaulio stebuklų. Elegantiškas art deco stilius ir žymūs bokštai suteikia lankytojams galimybę vieną kartą gyvenime pamatyti stulbinančių nuotraukų. Beveik 2 mylių besitęsiantys „Auksiniai vartai“ yra svarbūs vartai, palengvinantys idėjų, prekių ir žmonių mainus.

Nors ir ne to paties grandiozinio masto, mūsų smegenys turi panašius vartus neuronams sujungti. Šie maži skyriai, vadinami sinapsėmis, leidžia dinamiškai keistis informacija ir formuoti nervines grandines. Norėdami sukurti šias grandines, besivystantys neuronai pirmiausia turi vadovautis konkrečiais patarimais, keliaujančiais per smegenis, kol suranda tinkamus partnerius. Šis procesas yra labai svarbus smegenų žievei, susidedančiai iš šešių funkciškai ir anatomiškai skirtingų sluoksnių. Nors žievė buvo plačiai ištirta, nėra daug žinoma apie tikslius molekulinius mechanizmus, skatinančius sinapsės specifiškumą jos sluoksniuose. Tai ypač pasakytina apie specializuotą neuronų klasę, vadinamą slopinančiais interneuronais (IN), kurie paprastai užmezga vietinius ryšius tik su vienu ar dviem sluoksniais. Atskleidus žaidžiamas molekules, būtų galima geriau suprasti žievės slopinamųjų grandinių susidarymą.

Neseniai publikuotame žurnale Mokslas Avansu, Maxo Plancko Floridos Taniguchi laboratorija nušvietė naują slopinančio sinapsės specifiškumo žievėje mechanizmą. Nustatydami naują ląstelių adhezijos molekulės IgSF11 vaidmenį, MPFI mokslininkai atrado, kad baltymas tarpininkauja sluoksniui būdingam sinapsiniam taikymui žievinėse liustra ląstelėse (ChC).

„Mūsų laboratorija specializuojasi žievinių interneuronų ir slopinamųjų grandinių susidarymo tyrimuose“, - aprašo dr. Hiroki Taniguchi, daktaras. ir tyrimų grupės vadovas Max Planck Floridoje. „Įrodyta, kad šviestuvų ląstelės, vienas iš mūsų mėgstamiausių interneuronų potipių, išreiškia unikalius genetinius žymenis ir inervuoja tik tam tikrus žievės sluoksnius. (ChC kritiškai kontroliuoja smegenų žievės pagrindinių neuronų smaigalio susidarymą ir buvo susijęs su smegenų sutrikimų, tokių kaip šizofrenija ir epilepsija, patologija.) Mes nusprendėme, kad šis ląstelių modelis bus puiki vieta pradėti ieškoti molekulių, kurios suteikia sluoksnio- specifinė sinapsės atitiktis “.

MPFI mokslininkai pradėjo tyrimą naudodami vienos ląstelės RNR sekos nustatymą genetiškai tikrindami IN genus, būdingus individualiam potipiui. Jie rado pasirinktą genų grupę intriguojančioje kategorijoje, vadinamoje ląstelių adhezijos molekulėmis arba CAM. Viena CAM, ypač IgSF11, buvo labai praturtinta ChC, palyginti su kitais IN potipiais.

Molekulinis tiltas tarpininkauja slopinančiai sinapsės specifikai žievėje

„Mūsų genetinis IN patikrinimas yra tas, kur pirmą kartą susidūrėme su IgSF11“, - paaiškina mokslų daktaras Yasufumi Hayano, pirmasis leidinio autorius ir mokslininkas Taniguchi laboratorijoje. "Mes ieškojome potipiui būdingų genų, kurie koduoja ląstelių paviršiaus baltymus, manydami, kad tie, kurie ekspresuojami neuronų išorėje, bus puikus kandidatas tarpininkauti sinapsės specifinei sąveikai."

CAM sudaro įvairi struktūrinių baltymų grupė. Dažnai laikomi biologiniais klijais, CAM yra išreikšti neuronų išorėje ir sąveikauja dideliuose kompleksuose, palengvindami ląstelių tarpusavio sąveiką. Jų suformuotas į tiltą panašus kompleksas suteikia stabilumo naujai susidariusioms sinapsėms ir padeda ląstelėms sukibti ir bendrauti. Viena CAM kategorija, vadinama homofilinėmis CAM, sąveikauja tik su kitomis CAM, kurios yra identiškos jiems pačioms ir kurios teorija yra galimybė tarpininkauti sinapsės formavimosi specifiškumui.

Identifikavusi IgSF11 kaip homofilinę CAM, MPFI komanda ieškojo IgSF11 ekspresijos neuronuose nuo viršutinės 2/3 žievės sluoksnio pusės, kurią ChC inervuoja, motyvuodami tuo, kad homofilinei CAM sąveikai reiktų atsirasti iš abiejų pusių. Naudodami fluorescencinę in situ hibridizaciją (FISH), mokslininkai nustatė tvirtą IgSF11 ekspresiją tiek ChC, tiek tiksliniuose neuronuose, esančiuose 2/3 žievės sluoksnyje, bet ne kituose sluoksniuose, pateikdami tvirtus įrodymus, kad IgSF11 sąveika yra svarbi ChC sinapsės specifika.

Toliau Taniguchi laboratorija įvertino IgSF11 funkcinį vaidmenį formuojant ChC sinapses pašalinant IgSF11 iš smegenų ir tiriant pokyčius. Norint išanalizuoti, ar IgSF11 buvo funkciškai reikalingas tik ŠK, ar abiem, ir tiksliniams žievės neuronams, komanda turėjo sukurti strategiją, leidžiančią selektyviai pašalinti IgSF11. Norėdami tai pasiekti, MPFI mokslininkai sukūrė IgSF11 KO peles ir fluorescentiškai identifikuotus KO ChC persodino laukinio tipo (masės) šeimininkams. KO ChC parodė žymiai sumažėjusį sinapsinių boutonų dydį ir skaičių. Patvirtinant hipotezę, kad IgSF11 per homofilinę sąveiką suteikia savo specifiškumą, persodinus wt ChC į IgSF11 KO pelių smegenis, rezultatas buvo toks pat. Atrodo, kad IgSF11 yra stipriai susijęs su ChC sinaptinio boutono vystymusi ir morfologine diferenciacija.

Bendradarbiavimas su MPFI elektroninės mikroskopijos šerdimi ir Kwon laboratorija gilinosi į KO IgSF11 funkcines pasekmes. Ultrastruktūros analizė naudojant didelį padidinimą EM atskleidė, kad keli likę sinapsiniai boutonai KO ChC nesiskyrė tinkamai ir parodė sinapsinio perdavimo trūkumus. Patvirtinant šiuos duomenis, IgSF11 KO pelių optogenetikos pagalba atliekama elektrofiziologija parodė papildomą sinapsinio perdavimo trūkumą.

„Vienas iššūkis dirbant su liustra ląstelėmis yra tas, kad sunku juos genetiškai manipuliuoti naudojant tradicinius metodus“, - aiškina dr. Hayano. "Norėdami tai įveikti, mes sukūrėme naują virusu pagrįstą strategiją, naudodami su adeno susijusį virusą, kad IgSF11, sunkiai ekspresuojamą baltymą, pristatytų į dominančias ląsteles."

MPFI komanda naudojo savo AAV virusinę strategiją, norėdama ištirti, ar IgSF11, ekspresuojamas neuronuose iš skirtingų kortikos sluoksnių, išskyrus 2/3 sluoksnį, gali dirbtinai sukelti sinapsių susidarymą su ChC. Perduodami V sluoksnyje esančius neuronus IgSF11, jie atrado daug negimdinių sinapsių, susidariusių tarp šių ląstelių ir liustra ląstelių, o tai nebuvo įprasta.

"IgSF11 yra pati pirmoji identifikuota ląstelių sukibimo molekulė, kuri tiesiogiai tarpininkauja tarpneurono potipiui, sluoksniui būdingam sinapsių susidarymui žievėje", - pažymi dr. Taniguchi. „Toliau paaiškinant molekulinius mechanizmus, susijusius su slopinančiomis grandinėmis, gali būti atskleista panaši kitų skirtingų interneuronų potipių schema ir padėti išsiaiškinti, kaip susidaro slopinamosios grandinės. Mūsų darbas gali būti naudingas pradinis taškas suprasti neurodevelopmental sutrikimų, kuriuos sukelia grandinės deficitas, unikalius interneuronų potipius, etiologiją “.