Ura molekulare ndërmjetëson specifikën frenuese të sinapsës në korteksin

Ura molekulare ndërmjetëson specifikën frenuese të sinapsës në korteksin

Me pamjet e saj të lë pa frymë dhe shtatin e tij të mrekullueshëm, Ura e Portës së Artë sigurisht që meriton titullin e saj si një nga mrekullitë moderne të botës. Stili elegant i tij si art deco dhe kullat ikonike u ofrojnë vizitorëve një mundësi një herë në jetë për fotografi mahnitëse. Duke u zgjatur për gati 2 milje, Porta e Artë shërben si një portë kritike, duke lehtësuar shkëmbimin e ideve, mallrave dhe njerëzve.

Megjithëse jo në të njëjtën shkallë madhështore, truri ynë ka porta të ngjashme për të lidhur neuronet. Këto ndarje të vogla, të quajtura sinapse, mundësojnë shkëmbimin dinamik të informacionit dhe formimin e qarqeve nervore. Për të ndërtuar këto qarqe, neuronet në zhvillim duhet së pari të ndjekin shenja specifike udhëzuese, duke udhëtuar nëpër tru derisa të gjejnë partnerët e tyre të duhur. Ky proces është kryesisht i rëndësishëm për korteksin cerebral, i cili përbëhet nga gjashtë shtresa funksionale dhe anatomike të dallueshme. Megjithëse lëvorja është studiuar gjerësisht, nuk dihet shumë për mekanizmat e saktë molekularë që drejtojnë specifikën e sinapsit brenda shtresave të tij. Kjo është veçanërisht e vërtetë për një klasë të specializuar neuronesh të quajtur interneuronë frenues (INs), të cilat zakonisht krijojnë lidhje lokale me vetëm një ose dy shtresa. Zbulimi i molekulave në lojë do të çonte më tej kuptimin e formimit të qarkut frenues kortikal.

Në një botim të fundit në revistën e Përparimet Shkenca, Laboratori Taniguchi i Max Planck Florida ka hedhur dritë mbi një mekanizëm të ri për specifikën frenuese të sinapsës në lëvore. Duke identifikuar një rol të ri për molekulën e ngjitjes qelizore IgSF11, shkencëtarët MPFI kanë zbuluar se proteina ndërmjetëson synimin sinaptik specifik të shtresave në qelizat llambadare kortikale (ChCs).

"Laboratori ynë specializohet në studimin e interneuroneve kortikale dhe formimin e qarkut frenues", përshkruan Dr. Hiroki Taniguchi, Ph.D. dhe Drejtues i Grupit Kërkimor në Max Planck Florida. “Qelizat e llambadarëve, një nga nëntipet tona të preferuara të interneuronit, është treguar që shprehin shënues unikë gjenetikë dhe nervozojnë vetëm disa shtresa brenda korteksit. (ChC-të në mënyrë kritike kontrollojnë gjenerimin e thumba në neuronet kryesore kortikale dhe kanë qenë të implikuar në patologjinë e çrregullimeve të trurit të tilla si skizofrenia dhe epilepsia.) Ne vendosëm që ky tip qelizor model do të ishte vendi i përsosur për të filluar kërkimin tonë për molekulat që japin shtresë- përputhja specifike e sinapsës. ”

Shkencëtarët MPFI filluan hetimin e tyre duke përdorur sekuencën e ARN me një qelizë për të kontrolluar gjenetikisht IN për gjenet unike për një nëntip individual. Ata gjetën një grup të përzgjedhur gjenesh në një kategori intriguese të njohur si molekula të ngjitjes qelizore, ose CAM. Një CAM në veçanti, IgSF11, u pasurua shumë në ChCs krahasuar me nëntipet e tjera IN.

Ura molekulare ndërmjetëson specifikën frenuese të sinapsës në korteksin

"Ekzaminimi ynë gjenetik i IN-ve është vendi ku për herë të parë hasëm në IgSF11", shpjegon Yasufumi Hayano, Ph.D., autori i parë i botimit dhe shkencëtari kërkimor në Lab Taniguchi. "Ne ishim në kërkim të gjeneve specifike të nëntipeve që kodifikojnë proteinat sipërfaqësore të qelizave, duke menduar se ato të shprehura në pjesën e jashtme të neuroneve do të ishin kandidati perfekt për të ndërmjetësuar një ndërveprim specifik të sinapseve."

CAM-të përbëjnë një grup të larmishëm të proteinave strukturore. Shpesh mendohet si një ngjitës biologjik, CAM shprehen në pjesën e jashtme të neuroneve dhe bashkëveprojnë në komplekse të mëdha, duke lehtësuar ndërveprimet qelizë në qelizë. Kompleksi i ngjashëm me urën që ata formojnë ofron qëndrueshmëri për sinapset e sapoformuara dhe ndihmon në ngjitjen dhe komunikimin e qelizave. Një kategori e CAM-ve, të quajtura CAM homofile, bashkëvepron vetëm me CAM-të e tjera që janë identike me vetveten dhe teorizohen për të pasur mundësinë e ndërmjetësimit të specifikës së formimit të sinapseve.

Pasi identifikoi IgSF11 si një CAM homofil, ekipi i MPFI kërkoi shprehje IgSF11 në neuronet nga gjysma e sipërme e shtresës 2/3 të korteksit, të cilat i inervojnë ChC-të, duke arsyetuar se shprehja do të duhej të ndodhte në të dy anët për një ndërveprim homofil të CAM. Duke përdorur hibridizimin fluoreshent in situ (FISH), studiuesit gjetën shprehje të fuqishme të IgSF11 në të dy ChCs si dhe në neuronet e synuara që ndodhen brenda shtresës 2/3 të lëvore por jo në shtresa të tjera, duke siguruar prova të forta se ndërveprimi IgSF11 është i rëndësishëm në ChC specifika e sinapsit.

Më tej, laboratori Taniguchi vlerësoi rolin funksional të IgSF11 në formimin e sinapsave ChC duke hequr IgSF11 nga truri dhe duke ekzaminuar ndryshimet. Në mënyrë që të analizohej nëse IgSF11 ishte funksionalisht i nevojshëm vetëm në ChC ose të dy ChC dhe neuronet kortikale të synuara, ekipi duhej të zhvillonte një strategji që lejonte heqjen selektive të IgSF11. Për ta arritur këtë, shkencëtarët e MPFI gjeneruan minj IgSF11 KO dhe transplantuan KC ChC të identifikuar në mënyrë fluoreshente në kafshë pritëse të tipit të egër (wt). KO ChC shfaqën një zvogëlim të ndjeshëm si në madhësinë ashtu edhe në numrin e butonëve sinaptikë. Duke mbështetur hipotezën që IgSF11 jep specifikën e tij përmes bashkëveprimit homofil, duke transplantuar wCC në trurin e minjve IgSF11 KO rezultoi në të njëjtën ulje. Të marra së bashku, IgSF11 duket se është i implikuar fuqimisht në zhvillimin e buçonit sinaptik ChC dhe diferencimin morfologjik.

Bashkëpunimet me bërthamën e mikroskopisë elektronike të MPFI dhe laboratorin Kwon u zhytën më tej në pasojat funksionale të KO IgSF11. Analiza e ultrastrukturës duke përdorur EM me zmadhim të lartë zbuloi se pak butonet e mbetura sinaptike në KC ChCs nuk diferencuan siç duhet dhe treguan deficite në transmetimin sinaptik. Duke mbështetur këto të dhëna, elektrofiziologjia e asistuar nga optogenetics e minjve IgSF11 KO demonstroi deficite shtesë në transmetimin sinaptik.

"Një sfidë për të punuar me qelizat e Llambadarit është se ato janë të vështira për t'u manipuluar gjenetikisht duke përdorur metoda tradicionale," shpjegon Dr. Hayano. "Për të kapërcyer këtë, ne krijuam një strategji të re të bazuar në virale duke përdorur virusin e lidhur me adeno për të dhënë IgSF11, një proteinë e vështirë për t'u shprehur, në qelizat e interesit."

Ekipi i MPFI përdori strategjinë e tyre virale AAV për të hetuar nëse IgSF11 i shprehur në neurone nga shtresa të ndryshme kortikale përveç shtresës 2/3 mund të nxisë artificialisht formimin e sinapsave me ChC. Transformimi i neuroneve në shtresën V me IgSF11, ata zbuluan sinapsa të shumta ektopike të formuara midis këtyre qelizave dhe qelizave të llambadarit, një fenomen që nuk do të ndodhte në rrethana normale.

"IgSF11 është molekula e parë e ngjitjes qelizore e identifikuar që ndërmjetëson drejtpërdrejt nëntipin interneuron, formimin specifik të shtresave të sinapseve në korteks", vëren Dr. Taniguchi. “Zbardhja e mëtejshme e mekanizmave molekularë që rrethojnë montimin e qarkut frenues mund të zbulojë një model të ngjashëm në nëntipet e tjera të dallueshme të interneuronit dhe të ndihmojë për të zbuluar sesi formohen qarqet frenuese. Puna jonë mund të sigurojë një pikë hyrëse të dobishme për të kuptuar etiologjinë e çrregullimeve neuro-zhvillimore të shkaktuara nga deficiti i qarkut në nënllojet unike të interneuronit. "