Vědci vizualizují komplexní důsledky nervového systému

Souhrn: Studie odhaluje molekulární mechanismus, který umožňuje neuronovým sítím růst a větvení.

zdroj: Yale

Náš nervový systém se skládá z miliard neuronů, které spolu mluví prostřednictvím axonů a dendritů. Jak se lidský mozek vyvíjí, tyto struktury se rozvětvují krásně složitým, ale špatně pochopeným způsobem, který umožňuje neuronům vytvářet spojení a odesílat zprávy do celého těla. A nyní výzkumníci z Yale objevili molekulární mechanismus za růstem tohoto složitého systému.

Jejich zjištění byla zveřejněna v vědecký pokrok.

„Neurony jsou vysoce rozvětvené buňky a jsou tomu tak proto, že každý neuron se připojuje k tisícům dalších neuronů,“ říká Joe Howard, Ph.D., Eugene Higgins profesor molekulární biofyziky a biochemie a profesor fyziky a hlavní výzkumný pracovník. Studijní výzkumník.

„Pracujeme na tomto procesu větvení – jak se větve tvoří a rostou? To je to, co se skrývá za celým způsobem fungování nervového systému.“

Tým studoval růst neuronů u ovocných mušek, když dospívaly z embryí na larvy. Pro vizualizaci tohoto procesu označili neurony fluorescenčními značkami a zobrazili je na rotujícím diskovém mikroskopu. Protože nervové buňky jsou umístěny těsně pod kůží [outermost layer]Vědcům se podařilo tento proces sledovat v reálném čase u živých larev.

Po zobrazení neuronů v různých fázích vývoje byl tým schopen vytvořit časosběrné filmy růstu.

V raných fázích vývoje začínaly senzorické neurony pouze jedním nebo třemi dendrity. Ale za méně než pět dní rozkvetly do velkých struktur podobných stromům s tisíci větví.

Analýza dendritických hrotů odhalila jejich dynamický a stochastický (náhodně vybraný) růst, který kolísal mezi stavy růstu, kontrakce a pauzy.

„Před naší studií existovala teorie, že se neurony mohou roztahovat a smršťovat jako balón,“ říká Sonal Shree, PhD, vědecký pracovník a hlavní autor studie. „A zjistili jsme, že ne, nenafukují se jako balón, ale spíše rostou a větví se.“

„Zjistili jsme, že můžeme poměrně dobře vysvětlit růst neuronů a celkovou morfologii z hlediska toho, co dělají buněčné terminály,“ říká Sabyasachi Sutradhar, PhD, vědecký pracovník a spoluautor studie.

„To znamená, že se nyní můžeme zaměřit na hroty, protože pokud dokážeme pochopit, jak fungují, pak můžeme pochopit, jak vypadá celý tvar buňky,“ říká Howard.

V biologii existuje celá říše větví, od žil a tepen oběhového systému až po bronchioly plic. Howardova laboratoř doufá, že lepší pochopení větvení na buněčné úrovni také vrhne světlo na tyto procesy na molekulární a tkáňové úrovni.

O tomto výzkumu v Neuroscience News

autor: Isabella Bachmannová
zdroj: Yale
Kontakt: Isabella Bachmann – Yale
obrázek: Fotografie připsána Howard Lab

původní hledání: otevřený přístup.
„Dynamická nestabilita hrotů dendritů vytváří vysoce rozvětvené formy senzorických neuronůSonal Shri et al. vědecký pokrok

viz také

souhrn

Dynamická nestabilita hrotů dendritů vytváří vysoce rozvětvené formy senzorických neuronů

Vysoce komplexní trny neurálních dendritů poskytují substrát pro vyšší konektivitu a výpočetní výkon mozku. Změněná dendritická morfologie je spojena s neurodegenerativními onemocněními.

Bylo prokázáno, že několik molekul hraje kritickou roli při tvarování a udržování morfologie dendritů. Základní principy, podle kterých molekulární interakce generují rozvětvené formy, jsou však špatně pochopeny.

Pro ilustraci těchto principů jsme vizualizovali růst dendritů během vývoje larev ovocný let senzorických neuronů a zjistili, že špičky dendritů podléhají dynamické nestabilitě, rychle a náhodně přecházejí mezi růstem, kontrakcí a pauzami.

Začleněním této naměřené dynamiky do výpočetního modelu založeného na proxy jsme ukázali, že vysoce komplexní a variabilní morfologie těchto buněk jsou důsledkem stochastické dynamiky jejich dendritických špiček.

Tyto principy lze zobecnit na větvení jiných typů neuronů, stejně jako na větvení na úrovni buněk a tkání.