Как развивающиеся нейроны реконструируют связи

Исследователи определяют молекулярные сигналы, которые заставляют развивающиеся нейроны реконструировать свои связи, - пишет new.eurekalert.org со ссылкой на Cell Reports.

В настоящий момент миллиарды нейронов в вашем мозгу используют свои триллионы связей, чтобы вы могли прочитать и понять это предложение. Теперь, изучая нейроны, участвующие в обонянии, исследователи факультета медицинских наук Университета Кюсю сообщают о новом механизме биомолекулярного «бонсая», который избирательно укрепляет эти связи.

Как нейронные цепи реконструируются с течением времени, особенно на раннем этапе развития, является открытым вопросом в нейробиологии. В начале развития нейроны образуют чрезмерное количество связей, которые постепенно удаляются по мере усиления других.

Изучая тип обонятельного нейрона, известного как митральная клетка у мышей, исследовательская группа обнаружила, что белок BMPR-2 является одним из ключевых регуляторов избирательной стабилизации ветвления нейронов и что усиление происходит только тогда, когда ветвь получает сигналы от других нейронов.

«Основная причина, по которой мы используем обонятельные нейроны, заключается в том, что к ним легко получить доступ и изучить, а митральные клетки развивают только одну ветвь, - объясняет Шухей Айхара. - Когда обонятельный нейрон обнаруживает определенную молекулу, которую мы чувствуем, он посылает сигнал на определенную «промежуточную станцию​​» в обонятельной луковице мозга, называемую клубочком. Затем этот сигнал передается в мозг через митральные клетки. Одна митральная клетка принимает сигналы для одного специфического запаха».

На очень ранней стадии развития эти митральные клетки посылают ответвления во многие клубочки. Со временем эти ветви, известные как дендриты, обрезаются, чтобы оставить только одно прочное соединение. Исследовательская группа намеревалась выяснить, какие молекулярные сигналы привели к предпочтению одной ветви над другими.

Проанализировав факторы-кандидаты, которые, как известно, контролируют рост дендритов и ремоделирование по внешним сигналам, команда сосредоточилась на белке BMPR-2.

«Когда мы нарушаем BMPR-2, митральные клетки теряют способность к селективной стабилизации и образуют множественные связи с множеством клубочков, - объясняет Айхара. - На следующем этапе мы обнаружили, что BMPR-2 связан с белком, называемым LIMK, и только когда BMPR-2 активируется сигнальным белком клетки, называемым BMP, он высвобождает LIMK в клетку». LIMK, как известно, активирует процесс сборки актина, «скелета» клетки. После активации актин начинает строить длинные волокна, стабилизирующие дендриты.

Однако это все еще не объясняло, как этот механизм усиливает определенные дендриты. Следующим шагом команды был поиск элементов, активирующих LIMK. Их расследование привело к определению известного нейромедиатора - глутаминовой кислоты - как одного из факторов, запускающих этот процесс.

«Глутаминовая кислота необходима для передачи сигналов между нейронами. Взятые вместе, это означает, что и BMP, и нейронные сигналы необходимы для образования актина, тем самым вызывая образование стабильного дендрита, - утверждает Айхара. - Это как тормоз и акселератор в вашей машине. Вам нужно отпустить тормоз, в данном случае BMPR-2 отпускает LIMK, а затем нажать на акселератор - сигнал нейротрансмиттера - для того, чтобы ваше устройство двинулось вперед. Одновременное управление или входы - это основа селективной стабилизации ветви».

Такеши Имаи, возглавлявший команду, заключает: «Надеюсь, это новое понимание нейронного развития может привести к дальнейшему пониманию фундаментальных механизмов, лежащих в основе критических функций мозга, и возможных методов лечения патологий, подчеркнутых синаптической дисфункцией. Наш следующий шаг - найти факторы, которые способствуют обрезке дендритов, и мы также хотим увидеть, является ли этот механизм в обонятельной луковице фундаментальным для всего неокортекса».

[Фото: new.eurekalert.org]