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.

Złożone i wysoce zmienne dendryty dendrytyczne wyłaniają się ze stochastycznej dynamiki końcówek dendrytycznych. Wyświetlany obraz o maksymalnej intensywności jest fałszywie pokolorowany w oparciu o wartość intensywności. Źródło: Laboratorium Howarda

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.

https://www.youtube.com/watch?v=fO0yh6DNEek

Źródło: Rob Foreman

„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”.

READ  Argentyńscy naukowcy odkryli dinozaura o cienkich ramionach i twardej głowie | dinozaury

„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

To oznacza burgera i frytki

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.

READ  Odkryto największą na świecie bakterię wielkości ludzkiej rzęsy

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.