Gündem

Beyin devresi kablolaması sırasında çekim ve itme birlikte çalışır

0

Dünyayı algılama ve yön bulma yeteneğimiz, beyindeki nöral devrelerin tam olarak bir araya gelmesini ve işlevini gerektirir. Gelişim sırasında, akson adı verilen nöronal hücre projeksiyonları, beynin hedef olmayan bölgelerinden hedef bölgelerine doğru uzanmak için moleküler ipuçları tarafından yönlendirilir.1aksonların ortak nöronlarla sinaptik bağlantılar kurduğu yer. Son birkaç on yılda, birkaç aday moleküler ipucu tanımlanmıştır.2; bununla birlikte, farklı hücre yüzeyi molekül kümelerinin, hedeflere çekicilik ve hedef olmayan bölgelerden kaçınmaya aracılık edip etmediğine dair sorular devam etmektedir. yazmak Bilim, Pederick et al.3 farelerde, uzaysal hafıza ve navigasyonla ilgili bir beyin bölgesi olan hipokampusta devre montajı sırasında akson çekim ve itmenin aynı hücre yüzeyi molekülü tarafından yönlendirildiğini gösterin.4.

Hipokampus, CA1, CA2 ve CA3 alt alanlarını ve CA1 alt alanındaki nöronları, subikulum adı verilen bitişik bir beyin yapısındaki bir hedef bölgeye yansıtır. Subikuluma CA1 projeksiyonları medialden laterale anatomik eksen boyunca düzenlenir. Bu şekilde, ağın medial kısmında, proksimal CA1’deki (CA2 bölgesi sınırına yakın bulunan) nöronlar distal subikuluma (CA1 sınırından en uzak kısım) yansırken, lateral kısmındaki nöronlar. ağ, distal CA1 nöronları proksimal subikuluma yansır (Şekil 1).

Şekil 1

Şekil 1 | Çekici ve itici etkileşimler, nöronal devre montajına aracılık eder. Bellekle ilgili bir beyin yapısı olan hipokampus, CA1, CA2 ve CA3 alt alanlarını içerir. Gelişim sırasında, CA1 bölgesindeki nöronlar, akson adı verilen çıkıntıları, iki ağ oluşturmak için subiculum adı verilen başka bir beyin bölgesine uzatır. Medial ağda, CA1’in proksimal kısmındaki nöronlar (proksimal CA1) hücre yüzeyi molekülü teneurin-3’ü (Ten3) ifade eder ve diğer nöronların Ten3’ü eksprese ettiği bir bölge olan distal subikuluma yansır. Lateral ağda, distal CA1’deki nöronlar latrofilin 2’yi (Lphn2) eksprese eder ve Lphn2 açısından da zengin olan proksimal subikuluma yansır. Önceki iş4 Ten3 ifade eden aksonların Ten3 ifade eden bölgelere çekildiğini ortaya çıkardı (ok). Pederick ve diğerleri3 CA1 ve subikulumda manipüle edilmiş Ten3 ve Lphn2 ekspresyonu, proksimal CA1’in Ten3 eksprese eden aksonlarının da proksimal subikulumdaki Lphn2 eksprese eden nöronlar tarafından itildiğini (blokaj sembolü) – ve benzer şekilde, distal CA1’den Lphn2 eksprese eden aksonların distal subikulumda Ten3 eksprese eden hücreler tarafından itilir.

Pederick ve meslektaşlarının laboratuvarı tarafından yapılan önceki bir çalışma,5 teneurin-3 (Ten3) olarak adlandırılan bir hücre yüzeyi molekülünün hem proksimal CA1 nöronları hem de hedef bölgelerindeki, distal subikulumdaki nöronlar tarafından eksprese edildiği. Çalışma, Ten-3 moleküllerinin birbirine yapıştığını ve bu bağlanmanın bu proteini eksprese eden nöronlar arasında çekime yol açtığını gösterdi. Bu etkileşim sayesinde, Ten3 ifade eden projeksiyonlar, Ten3 ifade eden hedef bölgelere çekilir. Pederick et al. benzer bir mekanizmanın – protein bağlanmasının, bu proteini ifade eden projeksiyonların aynı proteini ifade eden hedef bölgelere çekilmesine neden olduğu – hipotezini kurdu. lateral hipokampal ağın oluşumunu yönlendirmede rol oynayabilir.

Pederick, gelişmekte olan fare hipokampüsünden tek tek hücrelerde gen ekspresyonunun profilini çıkarmak için tek hücreli RNA dizilimi adı verilen bir teknik kullanıyor. ve diğerleri hücre yüzeyi proteini latrofilin 2’nin (Lphn2) hem distal CA1 projeksiyonlarında hem de lateral hipokampal ağın proksimal-subikulum hedef nöronlarında eksprese edildiğini buldu. Başlangıçta, Lphn2-Lphn2 yapışma ve çekiciliğinin Ten3-Ten3 yapışma ve çekiciliğine benzer şekilde hipokampal devrelerin oluşumunu yönlendirip yönlendiremeyeceğini araştırdılar. Ancak durum böyle değildi: yazarlar yapışkan olmayan bir hücre dizisinde Lphn2’yi aşırı eksprese ettiğinde, hücreler birbirine yapışmadı. Buna karşılık, Lphn2 eksprese eden hücreler, önceki Lphn2–Ten3 bağlanması raporlarıyla tutarlı olarak, Ten3 eksprese eden hücrelerle kolayca kümeler oluşturdu.6.

Lphn2’nin Ten3’e bağlanması, bir aksonun içindeki sinyal yollarının aktivasyonunu potansiyel olarak tetikleyebilir, bu da aksonun etkileşimin gerçekleştiği bölgeye doğru veya bölgeden uzaklaşmasıyla sonuçlanabilir. Ten3 eksprese eden aksonlar ve Lphn2 eksprese eden aksonlar tarafından hedeflenen alanlar örtüşmediğinden, Pederick ve meslektaşları Ten3-Lphn2 etkileşimlerinin itme ile sonuçlanabileceğini düşündüler. Bunu test etmek için yazarlar, tasarlanmış virüsleri hipokampusa enjekte etmeyi içeren akıllı bir yaklaşım kullandılar. Lphn2 ve Ten3 ekspresyonunu CA1 nöronları ve subiculum hedef bölgelerindeki nöronlar tarafından manipüle etmek.

Yazarlar, Lphn2 seviyelerinin normalde düşük olduğu gelişmekte olan subikulumun distal kısmına Lphn2 eksprese eden bir virüs enjekte ederek buradaki Lphn2 seviyelerini yükselttiler. Hipokampus tamamen geliştiğinde, yazarlar, subikulu innerve eden o bölgeden aksonları görselleştirmek için Ten3 ekspresyonunun yüksek olduğu proksimal CA1’e floresan protein eksprese eden bir virüs enjekte ettiler. Bu aksonlar, Lphn2’nin yapay olarak ifade edildiği bölgelerden kaçındı. Yazarlar daha sonra ters deneyi gerçekleştirdiler: bu proteinin ekspresyonunun genellikle yüksek olduğu gelişen proksimal subikulumda Lphn2 ekspresyonunun azaltılması. Bu durumda, proksimal CA1 bölgesinden Ten3 eksprese eden aksonlar Lphn2 ifadesinin azaldığı bölgeleri işgal etti. Birlikte, bu sonuçlar, Lphn2-Ten3 etkileşimlerinin Ten3 eksprese eden aksonların itici rehberliği için gerekli ve yeterli olduğunu göstermektedir.

Önemli olarak, yazarlar, Ten3 eksprese eden proksimal CA1 aksonlarının Ten3 aracılı çekim ve Lphn2 aracılı itmenin nispi katkılarını, tüm subikulum boyunca hem Ten3 hem de Lphn2 ekspresyonunu azaltarak değerlendirdi. Bu manipülasyon, hedef olmayan bölgelerde akson projeksiyonlarında bir artışa ve hedef bölgenin innervasyonunun azalmasına neden oldu. Bu nedenle, Ten3 eksprese eden proksimal CA1 aksonlarının kesin olarak hedeflenmesi, hem hedef olmayan bölgelerden Lphn2 aracılı itmeyi hem de Ten3 aracılı çekimi gerektiriyor gibi görünmektedir.

Lphn2 ifade eden CA1 aksonları nasıl yanıt verir? yüksek düzeyde Ten3 içeren bölgeleri hedeflemek için? Distal subikulumdaki hücrelerden Ten3 ekspresyonunun silinmesi, Lphn2 eksprese eden aksonların, CA1’in daha distal kısımlarındaki nöronlardan daha distal subikuluma, kontrol farelerinden alınan hipokampide gözlenenden daha fazla innervasyonuna yol açtı; bu, hedeften türetilen Ten3’ün Lphn2 aksonlarını ittiğini gösterdi.

Akson projeksiyonlarının çekimi ve itilmesi arasındaki işbirliği, nöral devrelerin gelişiminde tanıdık bir temadır.2. Bu çalışma, hipokampal ağdaki CA1 aksonları ve subikulum nöronları arasındaki bağlantının, Ten3 eksprese eden ve Lphn2 eksprese eden hücreler arasındaki karşılıklı itmelerle talimat verilen bir ‘Ten3 aksondan Ten3 hedefine, Lphn2 aksondan Lphn2 hedefine’ kuralını sıkı bir şekilde takip ettiğini göstermektedir.

Pederick ve diğerleri hücre yüzeyi molekülleri arasındaki bağlanma etkileşimlerinin hücresel bağlama nasıl bağlı olduğunu güzel bir şekilde gösterir: CA1 projeksiyonlarında Ten3, hem çekici (Ten3) hem de itici (Lphn2) hedeften türetilmiş ipuçları için bir reseptör görevi görürken, subikulumda, itmeye hizmet eder. Lphn2 eksprese eden aksonlar (Şekil 1). Devre montajına rehberlik eden mekanizmalar için gelişimsel bağlamın önemi, başka bir çalışma tarafından daha da belirtilmiştir.7 Lphn2, Ten3 ve başka bir hücre yüzeyi molekülü Flrt2’nin çakışan bağlanmasının, akson rehberliğinden ziyade, CA1 nöronları ile hipokampal devrenin yukarısındaki ortakları arasındaki nöronal sinaptik bağlantıların oluşumu için gerekli olduğunu göstermektedir.

Ten3 ve Lphn2 gibi hücre yüzeyi molekülleri tarafından tetiklenen ve bir aksonun belirli bir moleküler işaret tarafından çekilip çekilmediğini veya nasıl itildiğini belirleyen sinyalleşme basamaklarını tanımlamak için daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır. Ayrıca, kesin devre montajı için hem çekim hem de itme gerekliyse, Lphn2 eksprese eden aksonların çekimine aracılık eden hücre yüzeyi molekülünün kimliği nedir?

Genom tarafından kodlanan hücre yüzeyi moleküllerinin sayısının sınırlı olduğu, ancak memeli beyninin devrelerinin oldukça karmaşık olduğu göz önüne alındığında, aksonları uygun hedeflerine yönlendirmede yer alan her hücre yüzeyi molekülü, muhtemelen farklı devrelerde bu tür birçok işleve hizmet eder, hücresel ve gelişimsel bağlama bağlı olarak. Çeşitli nöronal devrelerin montajı sırasında her molekülün bağlama bağlı rollerini hesaba katmak çok önemli olacaktır.

Rekabetçi İlgi Alanları

CH, Harvard Tıp Okulu’ndaki görevinden, aynı zamanda bir Chan Zuckerberg Biohub araştırmacısı olacağı UCSF’ye geçiş sürecindedir. Stephen Quake, bu News & Views makalesinde atıfta bulunulan çalışmanın ortak yazarıdır ve şu anda Chan Zuckerberg Biohub’ın eş başkanıdır.

Profesör

Ne kadar fit olabilirsiniz? Bu kan proteinleri bir ipucu taşır: Araştırmadan Öne Çıkanlar

Previous article

bilim adamları boşlukları nasıl doldurdu

Next article

You may also like

Comments

Comments are closed.

More in Gündem