Puntea moleculară mediază specificitatea inhibitoare a sinapselor în cortex

Puntea moleculară mediază specificitatea inhibitoare a sinapselor în cortex

Cu priveliștile sale uluitoare și statura izbitoare, Podul Golden Gate își merită cu siguranță titlul de una dintre minunile moderne ale lumii. Stilul său elegant art deco și turnurile iconice oferă vizitatorilor o oportunitate unică în viață pentru fotografii uimitoare. Se întinde pe aproape 2 mile, Golden Gate servește ca o poartă critică, facilitând schimbul de idei, mărfuri și oameni.

Deși nu la aceeași scară grandioasă, creierul nostru are porți similare pentru conectarea neuronilor. Aceste mici compartimente, numite sinapse, permit schimbul dinamic de informații și formarea circuitelor neuronale. Pentru a construi aceste circuite, neuronii în curs de dezvoltare trebuie să urmeze mai întâi indicii specifice de călătorie, călătorind prin creier până la găsirea partenerilor lor. Acest proces este în mare măsură important pentru cortexul cerebral, care constă din șase straturi distincte din punct de vedere funcțional și anatomic. Deși cortexul a fost studiat pe larg, nu se știu prea multe despre mecanismele moleculare precise care determină specificitatea sinapselor în straturile sale. Acest lucru este valabil mai ales pentru o clasă specializată de neuroni numiți interneuroni inhibitori (IN), care de obicei fac conexiuni locale cu doar unul sau două straturi. Descoperirea moleculelor în joc ar contribui la înțelegerea formării circuitului inhibitor cortical.

Într - o publicație recentă în revista Avansuri de știință, Laboratorul Max Planck din Florida, Taniguchi, a aruncat lumină asupra unui nou mecanism de specificare a sinapselor inhibitoare în cortex. Identificând un rol nou pentru molecula de adeziune celulară IgSF11, oamenii de știință MPFI au descoperit că proteina mediază țintirea sinaptică specifică stratului în celulele candelabre corticale (ChCs).

„Laboratorul nostru este specializat în studiul interneuronilor corticali și a formării circuitului inhibitor”, descrie dr. Hiroki Taniguchi, dr. și liderul grupului de cercetare la Max Planck Florida. „Celulele de candelabru, unul dintre subtipurile noastre interneuronice preferate, s-au dovedit a exprima markeri genetici unici și a inerva doar anumite straturi din cortex. (ChC-urile controlează în mod critic generarea vârfurilor în neuronii principali corticali și au fost implicați în patologia tulburărilor cerebrale, cum ar fi schizofrenia și epilepsia.) Am decis că acest model de tip celular ar fi locul perfect pentru a începe căutarea moleculelor care conferă strat- potrivirea specifică a sinapselor. ”

Oamenii de știință MPFI au început investigația folosind secvențierea ARN cu o singură celulă pentru a selecta genetic IN-urile pentru gene unice pentru un subtip individual. Ei au găsit un grup selectat de gene într-o categorie interesantă cunoscută sub numele de molecule de adeziune celulară sau CAM. O CAM în special, IgSF11, a fost extrem de îmbogățită în ChC comparativ cu alte subtipuri IN.

Puntea moleculară mediază specificitatea inhibitoare a sinapselor în cortex

„Screening-ul nostru genetic al IN-urilor este locul în care am întâlnit IgSF11 pentru prima dată”, explică Yasufumi Hayano, Ph.D., primul autor al publicației și cercetător în laboratorul Taniguchi. Am cautat gene specifice subtipului care codifica proteinele de suprafata celulara, gandindu-ne ca cele exprimate in exteriorul neuronilor ar fi candidatul perfect pentru a media o interactiune specifica sinapselor.

CAM-urile cuprind un grup divers de proteine ​​structurale. Adesea considerat ca un adeziv biologic, CAM-urile sunt exprimate în exteriorul neuronilor și interacționează în complexe mari, facilitând interacțiunile dintre celule. Complexul în formă de punte pe care îl formează oferă stabilitate pentru sinapsele nou formate și ajută la aderența și comunicarea celulelor. O categorie de CAM-uri, numite CAM-uri homofile, interacționează numai cu alte CAM-uri care sunt identice cu ele însele și teoretizate pentru a avea posibilitatea de a media specificitatea formării sinapselor.

După identificarea IgSF11 ca o CAM homofilă, echipa MPFI a căutat expresia IgSF11 în neuroni din jumătatea superioară a stratului 2/3 al cortexului pe care inervează ChC, argumentând că expresia ar trebui să aibă loc pe ambele părți pentru o interacțiune homofilă CAM. Folosind hibridizarea fluorescentă in situ (FISH), cercetătorii au găsit o expresie robustă a IgSF11 atât în ​​ChC, cât și în neuronii țintă care locuiesc în stratul 2/3 al cortexului, dar nu și în alte straturi, oferind dovezi puternice că interacțiunea IgSF11 este importantă în ChC specificitate sinapsă.

Apoi, laboratorul Taniguchi a evaluat rolul funcțional al IgSF11 în formarea sinapselor ChC prin eliminarea IgSF11 din creier și examinarea modificărilor. Pentru a analiza dacă IgSF11 a fost necesar din punct de vedere funcțional numai pe ChC sau pe ambele ChC și pe neuronii corticali țintă, echipa a trebuit să dezvolte o strategie care a permis îndepărtarea selectivă a IgSF11. Pentru a realiza acest lucru, oamenii de știință MPFI au generat șoareci IgSF11 KO și au transplantat KO ChC identificate fluorescent în animale gazdă de tip sălbatic (wt). KO ChCs au afișat o reducere semnificativă atât a dimensiunii, cât și a numărului de butonuri sinaptice. Coroborând ipoteza că IgSF11 își conferă specificitatea prin interacțiune homofilă, transplantul de wt ChCs în creierul șoarecilor IgSF11 KO a dus la aceeași reducere. Luate împreună, IgSF11 pare a fi puternic implicat în dezvoltarea butonului sinaptic ChC și diferențierea morfologică.

Colaborările cu nucleul de microscopie electronică al MPFI și laboratorul Kwon au aprofundat consecințele funcționale ale KO IgSF11. Analiza ultrastructurală utilizând EM cu mărire ridicată a arătat că puținele butoane sinaptice rămase în KO ChC nu s-au diferențiat în mod corespunzător și au prezentat deficite în transmiterea sinaptică. Sprijinind aceste date, electrofiziologia asistată de optogenetică a șoarecilor IgSF11 KO a demonstrat deficite suplimentare în transmisia sinaptică.

„O provocare care lucrează cu celulele Chandelier este că acestea sunt dificil de manipulat genetic folosind metode tradiționale”, explică dr. Hayano. Pentru a depăși acest lucru, am conceput o nouă strategie bazată pe virale, folosind virusul adeno asociat pentru a livra IgSF11, o proteină dificil de exprimat, către celulele de interes.

Echipa MPFI și-a folosit strategia virală AAV pentru a investiga dacă IgSF11 exprimat în neuroni din diferite straturi corticale, altele decât stratul 2/3, ar putea induce artificial formarea sinapselor cu ChCs. Transducând neuronii în stratul V cu IgSF11, au descoperit numeroase sinapse ectopice formate între aceste celule și celulele candelabru, fenomen care nu ar avea loc în circumstanțe normale.

IgSF11 este prima molecula de adeziune celulara identificata care mediaza direct subtipul interneuronului, formarea stratului-specific de sinapse in cortex, noteaza dr. Taniguchi. Elucidarea ulterioară a mecanismelor moleculare care înconjoară ansamblul circuitului inhibitor poate dezvălui un model similar în alte subtipuri interneuronice distincte și poate ajuta la dezlegarea modului în care se formează circuitele inhibitoare. Munca noastră poate oferi un punct de intrare util în înțelegerea etiologiei tulburărilor neurodezvoltării cauzate de deficitul de circuit în subtipurile interneuronice unice. ”

Dorim să vă informăm despre un alt proiect foarte interesant care ajută la câștigarea banilor în lumea modernă: Semnale de tranzacționare despre pompa de criptomonede viitoare pe Binance schimb de pe canalul Telegram secret al investitorilor. Urmăriți pe YouTube despre semnalele criptopompei și comercianții club VIP.