Biomolekulárne bonsaje: kontrola prerezávania a posilňovania vetiev neurónov

Biomolekulárne bonsaje: kontrola prerezávania a posilňovania vetiev neurónov

V tejto chvíli miliardy neurónov vo vašom mozgu používajú svoje bilióny spojení, aby vám umožnili prečítať a pochopiť túto vetu.

Teraz, štúdiom neurónov zapojených do čuchu, vedci z Fakulty lekárskych vied Univerzity Kjúšu hlásia nový mechanizmus za biomolekulárnymi bonsajmi, ktorý tieto spojenia selektívne posilňuje.

To, ako sa neurónové okruhy remodelujú v priebehu času, najmä počas raného vývoja, je v neurobiológii otvorenou otázkou. Na začiatku vývoja neurónov vytvárajú neuróny nadmerné množstvo spojení, ktoré sa postupne eliminujú, keď sa posilňujú ďalšie.

Pri štúdiu typu čuchového neurónu známeho ako mitrálna bunka u myší výskumný tím zistil, že proteín BMPR-2 je jedným z kľúčových regulátorov selektívnej stabilizácie vetvenia neurónov a že k posilneniu dochádza iba vtedy, keď vetva prijíma signály z iných neurónov .

"Hlavným dôvodom, prečo používame čuchové neuróny, je to, že sú ľahko prístupné a študovateľné a mitrálne bunky si vytvárajú iba jednu vetvu," vysvetľuje Shuhei Aihara, prvý autor štúdie publikovanej v Mobilné Správy.

"Keď čuchový neurón deteguje konkrétnu molekulu, ktorú cítime, vyšle signál na konkrétnu" prechodovú stanicu "v čuchovej žiarovke mozgu, ktorá sa nazýva glomerulus. Tento signál sa potom prenáša do mozgu cez mitrálne bunky. Jedna mitrálna bunka prijíma signály pre jeden konkrétny pach. “

Vo veľmi ranom štádiu vývoja tieto mitrálne bunky posielajú vetvy do mnohých glomerulov. Postupom času sa tieto vetvy - známe ako dendrity - odrežú, aby zanechali iba jediné silné spojenie. Vedecký tím sa rozhodol odhaliť, aký druh molekulárnych podnetov spôsobil uprednostnenie jednej vetvy pred ostatnými.

Biomolekulárne bonsaje: kontrola prerezávania a posilňovania vetiev neurónov

Po analýze kandidátskych faktorov, o ktorých je známe, že riadia dendritický rast a remodeláciu z vonkajších signálov, sa tím zameral na proteín BMPR-2.

"Keď sme narušili BMPR-2, mitrálne bunky by zlyhali pri selektívnej stabilizácii a vytvorili by sa viacnásobné spojenia s viacerými glomerulmi," vysvetľuje Aihara. "V našom ďalšom kroku sme zistili, že BMPR-2 je naviazaný na proteín nazývaný LIMK, a až keď je BMPR-2 aktivovaný bunkovým signalizačným proteínom nazývaným BMP, uvoľní LIMK do bunky."

Je známe, že LIMK aktivuje proces zhromažďovania aktínu, „kostry“ bunky. Po aktivácii začne aktín vytvárať dlhé vlákna, ktoré stabilizujú dendrity.

To však stále nevysvetľovalo, ako tento mechanizmus posilňuje konkrétne dendrity. Ďalším krokom tímu bolo nájsť prvky, ktoré aktivujú LIMK. Ich vyšetrovanie ich viedlo k identifikácii známeho neurotransmiteru, kyseliny glutámovej, ako jedného z faktorov, ktoré proces odštartujú.

"Kyselina glutámová je potrebná na to, aby sa signály prenášali medzi neurónmi." Dohromady to znamená, že na formovanie aktínu sú potrebné tak BMP, ako aj nervové signály, čím sa indukuje konštrukcia stabilného dendritu, “konštatuje Aihara.

"Je to ako brzda a plyn vo vašom aute." Musíte uvoľniť brzdu, v tomto prípade BMPR-2 odbremeniť LIMK, a potom stlačiť plynový pedál - signál neurotransmitera - aby sa vaše strojové zariadenie dalo do pohybu. Nevyhnutnosť súčasného riadenia alebo vstupov je základom selektívnej stabilizácie vetvy. “

Takeshi Imai, ktorý viedol tím, uzatvára: „Dúfajme, že tieto nové poznatky o nervovom vývoji môžu viesť k ďalšiemu porozumeniu základných mechanizmov, ktoré stoja za kritickými mozgovými funkciami, a možnej liečbe patológií podčiarknutých synaptickou dysfunkciou.“

"Naším ďalším krokom je nájsť faktory, ktoré podporujú prerezávanie dendritov, a tiež by sme chceli zistiť, či je tento mechanizmus v čuchovej žiarovke zásadný v celom neokortexe."