Biomolekul bonsai: Mengawal pemangkasan dan pengukuhan cabang neuron

Biomolekul bonsai: Mengawal pemangkasan dan pengukuhan cabang neuron

Pada masa ini, berbilion-bilion neuron di otak anda menggunakan triliunan sambungan mereka untuk membolehkan anda membaca dan memahami ayat ini.

Sekarang, dengan mengkaji neuron yang terlibat dalam deria bau, para penyelidik dari Fakulti Sains Perubatan Universiti Kyushu melaporkan mekanisme baru di sebalik bonsai biomolekul yang secara selektif memperkuat hubungan ini.

Bagaimana rangkaian neuron merombak diri dari masa ke masa, terutamanya semasa perkembangan awal, adalah persoalan terbuka dalam neurobiologi. Pada permulaan perkembangan neuron, neuron membentuk sambungan yang berlebihan yang secara beransur-ansur dihapuskan ketika yang lain diperkuat.

Mengkaji sejenis neuron penciuman yang dikenali sebagai sel mitral pada tikus, pasukan penyelidik mendapati bahawa protein BMPR-2 adalah salah satu pengatur utama penstabilan selektif neuron bercabang dan pengukuhan hanya berlaku apabila cabang menerima isyarat dari neuron lain .

"Sebab utama kami menggunakan neuron penciuman adalah kerana mereka mudah diakses dan dikaji, dan sel mitral hanya mengembangkan satu cabang," jelas Shuhei Aihara, pengarang pertama kajian yang diterbitkan di Laporan sel.

"Ketika neuron penciuman mengesan molekul tertentu yang kita bau, ia akan menghantar isyarat ke 'stesen cara' tertentu di mentol penciuman otak yang disebut glomerulus. Isyarat itu kemudian dihantar ke otak melalui sel mitral. Satu sel mitral menerima isyarat untuk satu bau tertentu. "

Pada peringkat awal perkembangan, sel-sel mitral ini menghantar cabang ke banyak glomeruli. Seiring berjalannya waktu, cabang-cabang ini - yang dikenal sebagai dendrit - dipangkas untuk meninggalkan hanya satu hubungan yang kuat. Pasukan penyelidik berusaha untuk mengetahui jenis petunjuk molekul apa yang menyebabkan satu cabang disukai daripada yang lain.

Biomolekul bonsai: Mengawal pemangkasan dan pengukuhan cabang neuron

Setelah menganalisis faktor calon yang diketahui dapat mengawal pertumbuhan dan pembentukan semula dendrit dari isyarat ekstrinsik, pasukan tersebut memfokuskan pada protein BMPR-2.

"Ketika kita mengganggu BMPR-2, sel mitral akan gagal dalam penstabilan selektif dan membentuk banyak sambungan ke beberapa glomeruli," jelas Aihara. "Pada langkah berikutnya, kami mendapati bahawa BMPR-2 terikat dengan protein yang disebut LIMK, dan hanya apabila BMPR-2 diaktifkan oleh protein isyarat sel yang disebut BMP, ia melepaskan LIMK ke dalam sel."

LIMK diketahui dapat mengaktifkan proses untuk menyusun aktin, 'kerangka' sel. Setelah diaktifkan, aktin mula membina serat panjang yang menstabilkan dendrit.

Walau bagaimanapun, ini masih tidak menjelaskan bagaimana mekanisme ini menguatkan dendrit tertentu. Langkah seterusnya pasukan adalah mencari unsur-unsur yang mengaktifkan LIMK. Penyelidikan mereka menyebabkan mereka mengenal pasti neurotransmitter, asid glutamat yang terkenal, sebagai salah satu faktor yang memulakan proses ini.

"Asid glutamat diperlukan untuk isyarat dihantar di antara neuron. Secara keseluruhan, ini bermaksud bahawa isyarat BMP dan saraf perlu untuk membentuk aktin, sehingga mendorong pembinaan dendrit stabil, ”kata Aihara.

"Ia seperti brek dan pemecut di dalam kereta anda. Anda perlu melepaskan brek, dalam hal ini BMPR-2 melepaskan LIMK, dan kemudian tekan pada pemecut - isyarat neurotransmitter - agar mesin anda bergerak maju. Keperluan kawalan serentak, atau input, adalah asas penstabilan cabang selektif. "

Takeshi Imai, yang memimpin pasukan itu, menyimpulkan, "Semoga pandangan baru mengenai perkembangan saraf dapat menyebabkan pemahaman lebih lanjut mengenai mekanisme asas di sebalik fungsi otak kritikal dan kemungkinan rawatan terhadap patologi yang digarisbawahi oleh disfungsi sinaptik."

"Langkah kami selanjutnya adalah mencari faktor-faktor yang mendorong pemangkasan dendrit, dan kami juga ingin melihat apakah mekanisme ini dalam mentol penciuman adalah asas di seluruh neokorteks."