Naukowcy wizualizują złożone rozgałęzienia układu nerwowego

Streszczenie: Badanie ujawnia mechanizm molekularny, który umożliwia wzrost i rozgałęzianie się sieci neuronowych.

źródło: Yale

Nasz układ nerwowy składa się z miliardów neuronów, które rozmawiają ze sobą poprzez aksony i dendryty. W miarę rozwoju ludzkiego mózgu struktury te rozgałęziają się w pięknie złożony, ale słabo poznany sposób, który umożliwia neuronom tworzenie połączeń i wysyłanie wiadomości do całego ciała. A teraz naukowcy z Yale odkryli molekularny mechanizm wzrostu tego złożonego systemu.

Ich odkrycia zostały opublikowane w postęp naukowy.

„Neurony to silnie rozgałęzione komórki, a to dlatego, że każdy neuron łączy się z tysiącami innych neuronów” – mówi dr Joe Howard, profesor biofizyki i biochemii molekularnej Eugene Higgins oraz profesor fizyki i starszy badacz. Badacz naukowy.

„Pracujemy nad tym procesem rozgałęziania – jak gałęzie tworzą się i rosną? To kryje się za całym sposobem działania układu nerwowego.”

Zespół badał wzrost neuronów u muszek owocowych w okresie dojrzewania od embrionów do larw. Aby zwizualizować ten proces, oznaczyli neurony markerami fluorescencyjnymi i zobrazowali je w mikroskopie obrotowym. Ponieważ komórki nerwowe znajdują się tuż pod skórą [outermost layer]Naukowcy byli w stanie monitorować ten proces w czasie rzeczywistym na żywych larwach.

Po zobrazowaniu neuronów na różnych etapach rozwoju zespół był w stanie stworzyć poklatkowe filmy wzrostu.

We wczesnych stadiach rozwoju neurony czuciowe miały tylko jeden lub trzy dendryty. Ale w niecałe pięć dni rozkwitły w wielkie, przypominające drzewa struktury z tysiącami gałęzi.

Analiza końcówek dendrytycznych ujawniła ich dynamiczny i stochastyczny (losowo wybrany) wzrost, który oscylował między stanami wzrostu, skurczu i pauzy.

„Przed naszymi badaniami istniała teoria, że ​​neurony mogą rozszerzać się i kurczyć jak balon” – mówi dr Sonal Shree, naukowiec i główny autor badania. „I odkryliśmy, że nie, nie nadmuchują się jak balon, ale raczej rosną i rozgałęziają się”.

„Odkryliśmy, że możemy całkiem dobrze wyjaśnić wzrost neuronów i ogólną morfologię pod względem tego, co robią zakończenia komórkowe” – mówi dr Sabyasachi Sutradhar, naukowiec i współautor badania.

„Oznacza to, że możemy teraz skupić się na wskazówkach, ponieważ jeśli zrozumiemy, jak działają, możemy zrozumieć, jak wygląda cały kształt komórki” – mówi Howard.

W biologii istnieje cała sfera rozgałęzień, od żył i tętnic układu krążenia po oskrzeliki płuc. Laboratorium Howarda ma nadzieję, że lepsze zrozumienie rozgałęzień na poziomie komórkowym rzuci również światło na te procesy na poziomie molekularnym i tkankowym.

O tych badaniach w Neuroscience News

autor: Izabela Bachmann
źródło: Yale
Kontakt: Isabella Bachmann – Yale
obrazek: Zdjęcie przypisane do Howard Lab

oryginalne wyszukiwanie: otwarty dostęp.
„Dynamiczna niestabilność końcówek dendrytów generuje silnie rozgałęzione formy neuronów czuciowychSonal Shri et al. postęp naukowy

Zobacz też

Streszczenie

Dynamiczna niestabilność końcówek dendrytów generuje silnie rozgałęzione formy neuronów czuciowych

Wysoce złożone altany dendrytów nerwowych zapewniają podłoże dla wyższej łączności mózgu i mocy obliczeniowej. Zmieniona morfologia dendrytyczna jest związana z chorobami neurodegeneracyjnymi.

Wykazano, że kilka cząsteczek odgrywa kluczową rolę w kształtowaniu i utrzymywaniu morfologii dendrytów. Jednak podstawowe zasady, według których interakcje molekularne generują formy rozgałęzione, są słabo poznane.

Aby zilustrować te zasady, zwizualizowaliśmy wzrost dendrytów podczas rozwoju larwalnego muszka owocowa neurony czuciowe i odkryli, że końcówki dendrytów ulegają dynamicznej niestabilności, szybko i losowo przełączając się między wzrostem, skurczem i pauzami.

Włączając tę ​​zmierzoną dynamikę do obliczeniowego modelu proxy, wykazaliśmy, że złożona i wysoce zmienna morfologia tych komórek jest konsekwencją stochastycznej dynamiki ich końcówek dendrytów.

Zasady te można uogólnić na rozgałęzienia innych typów neuronów, a także na rozgałęzienia na poziomie komórek i tkanek.