Gündem

Nöronal motor devrelerini şekillendiren kritik bir dönem

0

Bir organizmanın gelişiminde, oluşturan sinir sisteminin parçalarının değişen girdilere özellikle duyarlı olduğu zamanlar vardır. Bu kritik dönemleri bozmak, nöronal bağlantı ve beyin işlevi üzerinde ömür boyu etkilere sahip olabilir.1. Örneğin, çocukluk döneminde dil edinimi için kritik bir dönem vardır.2. Ve değişen kritik dönemlerin otizm spektrum bozukluğu dahil nörogelişimsel bozukluklarda rol oynadığı öne sürüldü.3 ve şizofreni4. Kritik dönemler görsel sistemde kapsamlı bir şekilde tanımlanmıştır1ancak şimdiye kadar duyusal olmayan sistemlere daha az odaklanıldı. Yazma Doğa, Ackerman et al.5 bu boşluğu kapat. Yazarlar, meyve sineğinde motor devre gelişimi için kritik bir dönem belirlediler Drosophila melanogasterve kritik dönem kapanmasının hücresel ve moleküler temellerini bu sistemde kurar.

Kritik bir dönemde, nöronal bağlantılar çeşitli şekillerde yeniden şekillendirilebilir. Ackerman et al. esas olarak, diğer nöronlardan sinaptik bağlantılar alan dendrit adı verilen yapıların boyutu, sinaps sayılarında ve sinapslar tarafından iletilen elektriksel uyarıların gücünde değişikliklerin meydana geldiği homeostatik plastisiteyi ele alır.6.

İlk olarak, yazarlar, aCC ve RP2 motor nöronları olarak adlandırılan iki nöron sınıfındaki nöronal aktiviteyi etkinleştirmek veya inhibe etmek için optogenetik adı verilen bir teknik kullandılar. Nöronları susturduklarında, hücrelerin dendritlerinin hem uzunluğu hem de hacmi arttı. Buna karşılık, optogenetik aktivasyon dendritik retraksiyona yol açtı. Bu değişiklikler, yalnızca nöronal aktivite larva yumurtadan çıktıktan 8 saat sonra manipüle edildiğinde meydana geldi ve etkileri görmek için sadece 15 dakika manipülasyon gerekliydi.

Daha sonra Ackerman ve meslektaşları, dendrit şeklindeki değişikliklerin, aCC ve RP2 motor nöronları üzerindeki uyarıcı ve inhibe edici sinaptik bağlantıların sayılarındaki değişikliklere dönüşüp dönüşmediğini sordu (bu sinapslar sırasıyla nöronal aktiviteyi aktive eder ve inhibe eder). Nöronların optogenetik susturulması, inhibitör sinaps sayılarında bir azalmaya ve uyarıcı sinapslarda bir artışa neden oldu. Birlikte, dendritlerin genişlemesi ve sinaps bileşimindeki değişim, nöronların optogenetik susturmanın etkisini ortadan kaldırarak nöronal aktiviteyi yeniden dengelemesine izin verdi. ACC ve RP2 nöronlarının optogenetik aktivasyonu, uyarıcı sinapsların sayısında bir azalmaya yol açtı, ancak muhtemelen dendrit retraksiyonundan sonra bağlantıların oluşumu için mevcut olan sınırlı miktarda hücre zarı nedeniyle, inhibe edici sinapslarda bir artışa yol açmadı. Birlikte, bu ilk bulgu grubu, gelişen motor sistemindeki dendritik yapı ve sinaps sayısında homeostatik değişiklikler için kritik bir dönem olduğunu göstermektedir. D. melanogaster (Şekil 1a, b).

Şekil 1

Şekil 1 | Bir motor devresini şekillendirmek. a, Ackerman et al.5 aCC ve RP2 adı verilen motor nöronları içeren motor devrelerinin meyve sineğinde şekillendiği kritik bir dönem belirlediler. Drosophila melanogaster. Larva yumurtadan çıktıktan sonraki sekiz saat içinde, diğer nöronlardan sinaptik girdiler alan dendrit adı verilen yapılar modifiye edilebilir, ancak bu dendritler kritik dönem kapandıktan sonra stabilize olur. bKritik dönemde nöronların aktivitesini susturmak, dendritlerin genişlemesine yol açar. Aksine, nöronal aktivasyon dendrit retraksiyonuna yol açar. cAstrosit adı verilen komşu hücreler olgunlaştıkça kritik dönem kapanır. Olgunlaşan hücreler, nöronal dendrit üzerindeki Nrx-1 proteini ile etkileşime giren Nlg2 proteinini üretir. Bu etkileşim, mikrotübüller adı verilen yapıların stabilizasyonuna yol açar ve bu da daha ileri dendritik yeniden şekillenmeyi önler.

Bu değişikliklere ne sebep olur? Nöronlar genellikle sinaptik gelişimi düzenlemeye ve beyin işlevini sürdürmeye yardımcı olan astrosit adı verilen hücrelerle yakın temas halindedir.7. Ackerman et al. bu nedenle meyve sineklerindeki tüm astrositleri yok etmek için genetik mühendisliği kullandı. Dendritik yeniden şekillenme, mutant sineklerde larva yumurtadan çıktıktan sonra sekiz saatten fazla devam etti, ancak sekiz saatlik süre geçmeden önce meydana gelen yeniden şekillenme miktarında artış olmadı. Bu bulgular, astrositlerin, aCC / RP2 sistemi için kritik dönem kapanmasının zamanlamasını düzenlediğini, ancak bu süre boyunca plastisite potansiyelini düzenlemediğini göstermektedir. Bu temel bir ayrımdır, çünkü iki olgunun altında farklı mekanizmaların yattığını ileri sürer.

Sonuç olarak, Ackerman ve meslektaşları kritik dönemin kapanmasıyla ilgili mekanizmaları belirlemeye çalıştılar. Larvaların astrositlerinde farklı haberci RNA moleküllerinin proteine ​​dönüşümünü engellemek için RNA girişim taraması adı verilen bir teknik kullandılar ve ardından ortaya çıkan sineklerin her birinde kritik sürenin kapandığı zamanı analiz ettiler. Bu, kritik dönemin kapanmasını düzenleyebilecek genleri belirlemelerine izin verdi. RNA müdahalesinin kritik dönemin uzamasına yol açtığı birkaç gen vardı, ancak çoğu durumda bunların inhibisyonu astrosit şekli üzerinde derin bir etkiye sahipti ve bu da astrosit gelişimindeki rolü kritik olanı düzenlemedeki belirli bir rolden ayırmayı zorlaştırdı. dönem. Yazarlar gen üzerine odaklanmayı seçtiler nlg2astrosit şeklini değiştirmeden kritik dönemi uzatan inhibisyonu.

Farelerdeki eşdeğer gen ailesi, nörolijinler, beynin görsel korteksindeki kritik dönem boyunca astrosit olgunlaşmasıyla ilişkilendirilmiştir ve astrosit olgunlaşması, bu kritik dönemin kapanmasıyla yakından çakışmaktadır.8. İçinde D. melanogaster, Nlg2 proteini, Ackerman ve meslektaşlarının motor nöron dendritlerinde bulunduğu bulduğu protein nöroksin-1 (Nrx-1) ile etkileşime girer. Yazarlar, nrx-1 RNA interferansı kullanan aCC ve RP2 nöronlarında kritik periyot uzadı – bu nedenle, Nrx-1 muhtemelen kritik periyot kapanmasının düzenlenmesinde astrositik Nlg2 için nöronal reseptördür (Şekil 1c). Bu fikir doğrultusunda, her ikisini de aşırı ifade etmek nlg2 astrositlerde veya nrx-1 aCC / RP2’de dendritler kritik dönemi erken kapatarak larva yumurtadan çıktıktan sonra dört saate kısaltmıştır.

Kritik dönemleri kesintiye uğratmak, sinirsel devre işlevi ve davranışı üzerinde kalıcı sonuçlar doğurabilir. Gerçekten de, Ackerman ve arkadaşları, kritik dönemin uzatılmasının (her ikisinin de manipülasyonu yoluyla) nrx-1 veya nlg2) anormal lokomotor davranışa neden oldu, larvalar manipülasyondan 1.5 gün sonra anormal sarmal modellerde hareket ediyor – analiz etmek için iyi bir zaman çünkü bu aşamada larvalar aktif olarak besleniyor ve kültür ortamında hareket ediyor. Davranıştaki bu değişiklikler, kritik dönemler için uygun zamanlamanın önemini vurgulamaktadır.

Ackerman ve meslektaşlarının çalışması, gelecekteki deneyler için soruları gündeme getiriyor. Örneğin, Nlg2 ve Nrx-1 arasındaki etkileşim kritik dönemi nasıl düzenler? Mevcut çalışma, mikrotübüller adı verilen yapısal polimerlerin stabilize edilmesinde ve dolayısıyla dendritlerin kendi yapısının stabilize edilmesinde etkileşim için bir rol tanımladı. Bununla birlikte, mikrotübül stabilitesine yol açan mekanizma araştırılmayı beklemektedir. Ayrıca, Nlg2 ve Nrx-1 üretiminin dinamikleri hala belirlenecektir. Bu proteinler dendritik retraksiyon veya genişleme ile düzenlenebilir mi? Dendritik retraksiyon, bir azalmadan kaynaklanır mı? nlg2 astrositlerde ifade?

Yazarlar, kritik bir dönemin kapanmasını düzenlemede astrositlerin önemli rolüne dair ikna edici kanıtlar sunuyorlar. Astrositler, memeli görme sistemindeki kritik dönem plastisitesinin özelliklerini düzenler.9salgılanan proteinlerin kordin benzeri eylemleri dahil olmak üzere 110 ve hevin11. Bu çalışma, astrositlerin yalnızca duyusal sistemlerde değil, aynı zamanda motor sistemlerinde de kritik dönemleri düzenleyebildiğini göstermektedir. Kritik dönem kapanışını yöneten mekanizmaların belirlenmesi özellikle ilgi çekicidir çünkü kapanıştaki değişiklikler uygun nörogelişimi bozabilir – bu nedenle bulgular şizofreni gibi nörogelişimsel bozukluklarla ilgili mekanizmalara ışık tutabilir.3. Dahası, kritik dönem kapanma mekanizmalarının belirlenmesi, araştırmacıların beynin yetişkinlikte nasıl daha az plastik hale geldiğini anlamalarını sağlayabilir ve beyin hasarı veya hastalıktan sonra nöral plastisiteyi artırmayı amaçlayan terapötikler için yeni yollar sağlayabilir.

Çalışma ayrıca astrositlerin kritik dönemleri düzenlemedeki rolünün omurgasızlara kadar uzandığını ve böylece bu hücrelerin sinir sistemi gelişimi ve olgunlaşmasındaki merkeziyetini vurguladığını gösteriyor. Astrositlerin ve ilgili hücre türlerinin (topluca glia olarak adlandırılır), özellikle homeostatik ve devre değişiklikleri bağlamında, nöronal plastisitenin ana düzenleyicileri olduğu anlaşılmaktadır. İleriye doğru giderken, kritik dönemlerdeki araştırmalar glia’nın katkısını hesaba katmalıdır.

Profesör

Kapana kısılmış iyon kuantum CCD bilgisayar mimarisinin gösterilmesi

Previous article

Bir Homo sapiens’in en eski DNA’sı, şaşırtıcı derecede yeni Neandertal soyunu ortaya koyuyor

Next article

You may also like

Comments

Comments are closed.

More in Gündem