Нейроны, образующие провод зрительного нерва, ведущий к мозгу, очень динамично. Тела клеток в развивающейся сетчатке дают отростки, называемые аксонами, которые простираются к зрительным центрам в мозгу, соблазняясь привлекательными сигналами и делая разворот, когда они выбирают неправильный путь. Как они так точно находят цели – главный вопрос современной неврологии.
Используя визуальную систему мыши, группа исследователей Института биологических исследований Солка под руководством Денниса О’Лири, доктора философии.D., определили непредвиденный фактор, который помогает предотвратить сбивание аксонов сетчатки. Они сообщают в сентябре. 11 выпуск Neuron о том, что p75, белок, который, как известно, регулирует, живут или умирают нейроны, ведет двойную жизнь в качестве белка, направляющего аксоны.
"Исторически мы думали, что факторы, опосредующие выживание клеток, и факторы, контролирующие ведение аксонов, были частью двух отдельных процессов," говорит О’Лири, профессор лаборатории молекулярной нейробиологии, "Но в этом исследовании мы показываем прямое взаимодействие между этими двумя системами."
Сотрудничая с Kuo-Fen Lee, Ph.D., профессор Лаборатории пептидной биологии Фонда Клейтона, команда О’Лири обнаружила дефект у мышей, генетически модифицированных с отсутствием p75. Через свои синаптические связи аксоны сетчатки создают двумерную карту сетчатки в своих мишенях в головном мозге. У мышей, лишенных p75, аксоны сетчатки не доходили до конечной цели и формировали карту, которая была смещена вперед к верхнему бугорку, главному зрительному центру в головном мозге.
Такой дефект у p75-нулевых мышей вызывал недоумение: исследователи изучали p75 в течение десятилетий и обнаружили, что он связан с различными видами деятельности, такими как рост нейронов, выживаемость и дегенерация. Миграции аксонов среди них не было.
Тодд Маклафлин, Ph.D., Старший научный сотрудник лаборатории и соавтор статьи говорит, что понимание пришло в момент эврики: "Мы поняли, что то, что мы наблюдали у этих мышей, было похоже на то, что произошло бы, если бы вы удалили ген под названием эфрин-А из сетчатки."
В отличие от p75, эфрин-A был хорошо изученным отправителем и приемником сигналов управления аксонами, но у него не было придатков, обычно наблюдаемых на белках, контролирующих миграцию аксонов. p75, однако, отображал эти элементы, предполагая, что белки могут образовывать пары – один получает сигнал миграции, а другой передает его.
Затем исследовательская группа обратилась к биохимическому анализу, и с дополнительным опытом Цунга Сонга, научного сотрудника компании Dr. Лаборатория Ли получила доказательства, подтверждающие эту гипотезу. Группа обнаружила, что комплексы эфрина-A и p75 в мембранах аксонов, и показала, что при активации они могут генерировать сигналы, необходимые для направления аксонов и разработки их карты в мозге.
Но решающим доводом был "полосовой анализ," классический экран для направляющих молекул, которые отталкивают растущие аксоны. В нем незрелый нейрон помещается на микроскопическую беговую дорожку, так же как он начинает развивать аксон. Когда боковые дорожки устланы репеллентными факторами, прорастающий аксон вырывается из блока, но остается на своей полосе, как хорошо обученный бегун, избегая соседних следов.
Построив следы отталкивающего фактора, воспринимаемого эфрином-А, исследователи подтвердили, что аксоны нормальных нейронов сетчатки остаются на своих дорожках, когда они окружены репеллентом. Но нейроны мышей, лишенных p75, были невосприимчивы к отталкивающим сигналам: когда их аксоны помещались на след, их аксоны извивались по всему полю, пересекая дорожки и бегая по полосам, покрытым репеллентом.
Стало ясно, почему нейроны сетчатки не попадают в цель у мышей p75-minus: им не хватало клеточного аппарата для ответа на критические репеллентные сигналы, обнаруживаемые в мозге, и они перестали преждевременно мигрировать.
Среди множества его функций новая роль p75 является критически важной. "Отталкивание, вероятно, является доминирующей силой в ведении аксонов и более сильным влиянием, чем притяжение," – объясняет Маклафлин, отмечая, что предоставление аксонам большого количества возможностей – не способ построить мозг. "Притяжение похоже на поиск лучшего места в пустом кинотеатре, а отталкивание – как на выбор единственного пустого места в полном кинотеатре."
"Мы показали, что эфрин-А не может сам по себе передавать внутриклеточный сигнал и вместо этого требует корецептора p75," резюмирует Ю-Шик Лим, доктор философии.D., постдокторант в лаборатории О’Лири и соавтор. "Это взаимодействие может действовать во многих событиях нейронного развития."
О’Лири считает, что определение механизмов, лежащих в основе событий развития, имеет фундаментальное значение для понимания основ любого биологического расстройства. "Эти исследования устанавливают, что две разные молекулярные системы, нейротрофины и управление аксонами, которые имеют решающее значение для развития нервной системы, напрямую взаимодействуют друг с другом для развития нейронных связей.
Подобные открытия дают критическое представление о том, как можно исправить повреждения нервной системы, вызванные генетическими дефектами, опухолями или ранениями головного или спинного мозга," он говорит. "Мы надеемся, что однажды сможем исправить эти дефекты и заставить клетки снова формировать функциональные связи."
Источник: Институт Солка