Белковые указатели направляют формирование нервных связей

By Дмитрий Шепелев No comments

Указатели белка управляют формированием нейронных связей
                Клетки в оптической системе дрозофилы. Кредит: Зинн лаборатория

Сложный клубок взаимосвязанных нервных клеток мозга обрабатывает визуальные образы, вспоминает воспоминания, контролирует моторные функции и координирует множество других функций. Главная цель нейробиологии — понять, как мозг «соединен» — иными словами, как все его нейроны знают, как они должны соединяться друг с другом для достижения оптимальной функции?
                                                                                       

Плодовая муха Drosophila melanogaster является идеальной модельной системой для понимания того, как генетическая информация контролирует нейронную проводку, потому что у Drosophila имеется зашитый мозг, что означает, что нейронные связи в мозге двух средних мух, вероятно, будут почти идентичны. Быть почти идентичным не означает, что мозг Drosophila прост, однако. Только в области зрительной доли мухи находится 60 000 клеток мозга. Как каждый нейрон узнает, какие связи устанавливать во время развития мозга?

Теперь исследователи Caltech определили, как формируется часть зрительной системы мухи, важная часть в понимании связности мозга.

В журнале eLife появилась статья с описанием исследования. Работа была выполнена в лаборатории профессора биологии Кая Цинна, Говарда и Гвен Лори Смитс. Зинн является аффилированным лицом преподавателя в Институте неврологии Калифорнийского университета Тяньцяо и Крисси Чен.

В 1960-х годах нейробиолог Caltech и нобелевский лауреат Роджер Сперри предположили, что сборка нервных цепей руководствуется взаимодействиями между белками клеточной поверхности — белками, которые находятся на внешней поверхности нейронов и других клеток. Гипотеза Сперри, которая была основана на его экспериментах по оптическим путям в мозге лягушек и рыб, заключалась в том, что эти белки действуют как указатели, маркируя отдельные нейроны в головном мозге как подходящие мишени для нейронов в глазу. Новая работа лаборатории Zinn идентифицирует белки мозга и поверхности глазной клетки у дрозофилы, которые имеют эти указательные функции.

Несколько лет назад исследователи в Стэнфорде и в группе Цинн в Калифорнийском технологическом институте выразили каждый из 200 различных белков клеточной поверхности Drosophila в лабораторных чашках и охарактеризовали все реакции связывания между этими белками, которые происходят в пробирке (около 40 000 возможных комбинаций ).

Работа показала, что два семейства белков клеточной поверхности, называемые Dprs и DIPs, имеют определенное сродство друг к другу, и что члены обоих семейств обнаружены на поверхностях нейронов. Исследователи из лаборатории Zinn пытаются понять, как это взаимодействие играет роль в развитии нервной системы.

Исследование, описанное в статье eLife, сфокусировано на определенном сопряжении Dpr-DIP, Dpr11 и DIP-гамма, которое происходит в одной из нейронных цепей, которая позволяет дрозофиле видеть цвет. Белки Dpr11 обнаруживаются на определенных фоторецепторах, которые обрабатывают ультрафиолетовый свет и связываются с определенными типами клеток (нейронами-мишенями), которые экспрессируют DIP-гамма. Исследователи изучили, как эта нейронная схема обеспечивает соответствие каждого фоторецептора правильному партнеру во время сборки. Они обнаружили, что при создании нейронных связей в развивающейся зрительной системе целевые нейроны генерируются в избытке и конкурируют за своих партнеров по фоторецептору. Такое сопоставление возможно из-за взаимодействия между Dpr11 на фоторецепторах и DIP-гамма на нейронах-мишенях. Таким образом, если два белка не были экспрессированы одновременно (как это было, например, у мух с мутациями в генах dpr11 или DIP-гамма), целевые нейроны погибали, и нейронный контур развивался неправильно. Анализ нервных связей у мутантных мух предполагает, что они должны иметь дефекты цветового зрения.

Хотя исследователи обнаружили, что это специфическое спаривание Dpr/DIP является критическим для правильного формирования нейронных цепей, любой данный нейрон экспрессирует около 250 различных белков клеточной поверхности, что делает анализ того, как белки клеточной поверхности контролируют связность, очень сложен. Будущая работа будет продолжена для изучения того, как синаптическая связь определяется связями между Dprs и DIPs и другими белками клеточной поверхности, с конечной целью понимания информации, необходимой для создания всей электрической схемы мозга мухи.

Статья, описывающая исследование, называется «Взаимодействие между Dpr11 и DIP-γ контрольной селекцией амакринных нейронов в контурах цветового зрения дрозофилы»./p>

Добавить комментарий