✖


Jump to content

Нейрональная самооплата

Рисунок 2. Механизмы развития нейронного развития, зависящие от самооценки нейронов. Самооплата гарантирует, что нет перекрытия изоневральных ветвей и лежит в основе сборки нейронов.

Самооплата нейронов , или изоневрало , является важным свойством нейронов , которое состоит в тенденции ветвей ( дендритов и аксонов ), возникающих из одной сомы (также называемой изонерональными или сестринскими ветвями), чтобы отвернуться друг от друга. Расположение ветвей внутри нейрональных арборов устанавливается во время разработки и приводит к минимальному пересечению или перекрытию [ 1 ] По мере того, как они распространяются по территории, что приводит к типичной пучковой морфологии нейронов (рис. 1).

В оппозиции ветви из разных нейронов могут свободно перекрываться друг с другом. Эта уместность требует, чтобы нейроны способны дискриминировать «я», которого они избегают, из «несерьезных» ветвей, с которыми они сосуществуют. [ 2 ] Это самопознание нейронала достигается через семейства молекул распознавания клеток, которые работают как отдельные штрих-коды, позволяя различать любую другую близлежащую ветвь как «я» или «неспособность». [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]

Самооплата гарантирует, что дендритные территории полностью покрыты и все же не избыточно [ 8 ] Гарантируя, что ветви достигают функционально соответствующего охвата входных или выходных территорий. [ 9 ]

Нейрональная связь требует скоординированной сборки аксонов, дендритов и синапсов . [ 10 ] Следовательно, самооплата необходима для правильной нейрональной проводки и постнатального развития, и, вместе с нейрональной плитой (гетеронерональное избегание), является важным механизмом расстояния для нейронных цепей, которые приводят к полному и не смягченному иннервации сенсорного или синаптического пространства. [ 11 ]

История

[ редактировать ]
Рисунок 3. Нервная система лекарственной пиявки ( H. medicilanis )

Концепция самооткрытия нейронов возникла около 50 лет назад. Пионерские исследования проводились в пиявной сфере, сосредоточившись на центральной нервной системе и развивающихся механосенсорных нейронах. Пиявки от двух видов: Hirudo Medicinalis и Haementeria ghilianii , оставались основным организмом для изучения вопроса о самопознавлении нейронов и самооценке. У этого животного повторяющаяся сегментарная картина нервной системы наряду с тем фактом, что нейроны относительно мало, и многие из них достаточно велики, чтобы их можно было распознавать [ 12 ] позволил экспериментальное исследование общей проблемы нейрональной специфичности. В 1968 году через картирование механорецепторных аксонных рецептивных полей у H. medicilalis , Nicholls и Baylor [ 12 ] Выявлены отдельные типы границ между аксонами из одинаковых или различных типов нейронов, а также между отдельными нейронами. Они наблюдали, что рецептивные поля были подразделены на дискретные области, иннервируемые различными ветвями одной ячейки. Эти границы, в отличие от границ между соседними полями разных клеток, были внезапными, показывающими почти не совпадение. Затем авторы предложили механизм пространственного расположения аксонов, в которых «волокно может отталкивать другие ветви сильнее, если они возникают из одной и той же ячейки, чем если бы они исходили от гомолога, а не вообще, если они исходят из клетки с Различная модальность » . В 1976 году Яу [ 13 ] подтвердил их выводы и предположил, что ветви ячейки распознавали друг друга, поэтому избегали расти в одну и ту же территорию и установили отдельные области, которые наблюдали Николс и Бэйлор. Тогда было ясно, что механо -енсорные нейроны в пияве демонстрируют самооплату: с отталкиванием между ветвями, происходящими из одной и той же клетки, но они не показали предотвращение в классе, что означает, что ветви из одного и того же типа нейронов могут перекрываться.

Явления были признаны, но многое осталось неизвестным, включая термин «самооборудование», который возникает в 1982/1983 году с исследованиями Крамера. В 1982 году Крамер [ 14 ] Постулируют, что изонерональные аксоны (аксоны, растущие из одного и того же нейрона), в отличие от гетеронерональных аксонов, избегайте друг друга при выращивании на одном и том же субстрате (см. Фильм). Другими авторами это было также изучено тот факт, что это самооборудование потребовало бы, чтобы нейриты могли различать себя и неспособность, усиливая идеи Яу. В 1983 году Крамер и Кувада [ 2 ] Предложить, чтобы это самопознание двух растущих аксонных процессов может быть опосредовано их филоподией , которые, по-видимому, устанавливают взаимные контакты. Эта идея была подкреплена исследованиями Goodman et al. (1982) [ 15 ] В нейронах насекомых, которые постулировали, что филоподия играла важную роль в распознавании и выборе путей роста аксонов. Сохранение механизма у беспозвоночных вместе с тем фактом, что морфология взрослых многих нейронов, по-видимому, удовлетворяет правилу, предполагает, что неперлап изонерональных процессов может быть общим явлением развития нейронов. В 1985 году эмпирические данные были добавлены Крамером и Стентом [ 1 ] с экспериментально индуцированными изменениями в схеме ветвления путем хирургического предотвращения или задержки роста ветвей аксонов. Как и предполагалось предложением о самооткрытости, вмешательство в результат ветви полевой аксоны привел к распространению ветви аксонов другого поля на то, что обычно не было территорией. Таким образом, самооплата нейронов действительно играет значительную роль в развитии механо-сенсорной структуры восприимчивого поля.

Рисунок 4. Подполя механоосенсорных аксонов пиявки конкурируют за территорию. Механоосенсорный нейрон дикого типа с тремя отдельными подполями, иннервирующими соседние области эпидермиса (A). Если рост конуса одной ветви раздавлен (B) или задерживается (C), подполи братьев сестра растут, занимая свободную территорию. Упрощенные диаграммы, основанные на результатах в Kramer & Stent, 1985)

В конце 1980 -х годов молекулярный механизм, который мог бы стать основой явлений, начал обнародоваться. Рецепторы, такие как молекулы клеточной адгезии кадгерина и иммуноглобулиновых супер -семейств, которые опосредуют взаимодействие между противоположными поверхностями клеток, и интегрины, действующие в качестве рецепторов для компонентов внеклеточного матрикса, широко экспрессировались на развивающихся нейритах . [ 16 ] [ 17 ]

В 1990 году, но Machine et al., [ 18 ] Интегрировали результаты нескольких исследований, вновь подчеркивая эволюционное сохранение общих явлений: нейроны пиявки, как и у других беспозвоночных и ревеничных, подвергаются конкретным взаимодействиям во время развития, которые позволяют определить морфологию взрослых и синаптические связи. Эта морфология отражает компромисс развития между потенциалом нейрона расти и ограничениями, наложенными на этот рост внутренними и внешними факторами. Таким образом, механизм самопознания был бы полезен не только для самооплаты, но и в качестве средства индивидуализации. Во время разработки будет происходить конкуренция между нейронами того же типа за ограниченное предложение, необходимое для роста и технического обслуживания процессов, причем одна клетка забирает пространство за счет других. Ингибирующие взаимодействия также были вызваны, и это поместило явления самопознания в более широкой картине процесса наведения аксонов . Вместе эти исследования привели к мнению, что сборка нейронной цепи появилась в результате относительно небольшого числа различных сигналов и их рецепторов, некоторые действуют в градуированном виде и в разных комбинациях. [ 19 ]

В 1991 году ученые стали осознавать, что самооплата также присутствовала в не-нейрональных клетках, таких как клетки расщепления пиявки, которые также могут образовывать дискретные домены. [ 20 ] Позже это также наблюдалось в астроцитах млекопитающих. [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] Ван и Маканьо, [ 24 ] В 1998 году, снова повторяясь от механо -коненсионных нейронов Hirudo Medicinalis , провели элегантный эксперимент, чтобы попытаться ответить на все еще оставшийся вопрос: «Как ячейка распознает себя и реагирует, не растущая или по себе?» Затем авторы предложили два общих типа механизмов: i) внешние сигналы: нейриты братьев с сестры демонстрируют поверхность, идентифицирующие молекулярные факторы, уникальные для каждой клетки, которые способны к гомотипическому связыванию и, следовательно, отталкивают нейриты братьев или ii) внутренние сигналы: синхронная активность клеток, такие как напряжение, которое передается в ячейке, опосредующей динамический механизм ингибирования роста братьев и сестер. В отличие от первой гипотезы, второй потребует непрерывности и связи между всеми частями клетки для самоотражения. Таким образом, эксперимент состоял в том, чтобы отсоединить один из дендритов нейронов и увидеть, как оставшиеся прикрепленные дендриты отреагировали на отдельный фрагмент: «Они все еще избегают перекрытия?» Результатом было то, что отдельная ветвь перестанет быть признанным «я» другими ветвями нейронала, что приведет к перекрытию дендрита. Явным выводом исследования было то, что непрерывность между всеми частями нейрона имеет решающее значение для работы самооплаты. Затем авторы предполагают различные механизмы, которые требуют непрерывности и могут функционировать как сигнал распознавания, и, следовательно, могут быть ответственными, такими как «электрическая активность, активная или пассивная, а также диффузия цитоплазматических сигналов либо пассивно, либо при быстром транспорте аксонов» Полем В конце 1990-х годов и в последующих условиях модельные организмы начали использоваться в исследованиях, и молекулярные механизмы самооплаты стали распутываться. В 1999 году WU и Maniatis [ 25 ] обнаружила поразительную организацию большого семейства генов адгезии клеток нейронных протокадериновых клеток человека, которые образовали ген -кластер, кодирующий 58 протокадеринов. Члены кластера генов протокадгерина были убедительными кандидатами для обеспечения молекулярного кодекса, необходимого для поддержания дискриминации по личности/не-зонам, которая привела к самооплате. Позже (2012) подтвердил, Lefebvre et al., [ 6 ] В исследовании с амакринными клетками и клетками Purkinje из Mus Musculus , эти белки экспрессируются в различных комбинациях в отдельных нейронах, что обеспечивает «штрих -коды» с тем, что отличает один нейрон от другого.

В 2000 году Schmucker et al., [ 26 ] Благодаря кДНК и геномным анализу сенсорных нейронов дендритной арборизации дрозофилы молекулы , было выявлено существование множественных форм адгезии клеток клеток синдрома Дауна (DSCAM) . Авторы видели, что альтернативный сплайсинг может потенциально генерировать более 38 000 изоформ DSCAM и предположил, что это молекулярное разнообразие может способствовать специфичности связности нейронов и, следовательно, самооплаты.

Вместе открытия двух больших семейств белков клеточной поверхности, кодируемых локусом DSCAM1 и локусами кластера протокадерина (PCDH), открыли дверь для многочисленных современных исследований. Текущие исследования пользуются большим преимуществом не только восстания молекулярной и геномной биологии, но и из инструментов биоинформатики, разработанных с 19 -го века.

Рисунок 6. График, касающиеся важных открытий о самоотрабности нейронов. Представлены авторы и организмы, используемые в исследованиях.

Модели, структуры и развитие самооплаты

[ редактировать ]

Животные модели

[ редактировать ]

Самооткрытие широко обсуждалось среди ученых, и в течение всего времени эксперименты проводились на нескольких моделях животных. Первые эксперименты были проведены в пияве. В 1981 году Wässle попытался понять, как ганглиозные клетки сетчатки устанавливают свои дендритные территории у кошек. Такие процессы, как дендритная плитка и самооплата, чрезвычайно важны для исправления развития нейрональных структур, и в этом конкретном случае ганглиозные клетки должны покрывать сетчатку, чтобы гарантировать, что каждая точка визуального пространства фактически «виден». Он увидел, что клеточные тела расположены в обычной мозаике, а дендритные поля адаптируются к доступному пространству. Тем не менее, эта гипотеза была основана на математических моделях: модель Dirichlet .

Перри и Линден (1982) [ 27 ] были первыми, кто представил четкие доказательства дендритной «конкуренции» в сетчатке мышей. Разрушение ганглиозных клеток дает шанс своим соседним клеткам расширить свои дендритные проекции. Они предложили конкуренцию за синапсы как причину равновесия между ростом и отталкиванием дендритов.

Хотя мышь и дрозофила являются моделями, которые в настоящее время используются для построения модели самооборудования для позвоночных и беспозвоночных соответственно, в течение всего времени есть несколько примеров этого явления у других моделей и немодельных видов:

Тригемичные нейроны в коже головы демонстрируют конкурентное поведение, и только когда один из них полностью удален, например, левый тройной ганглион , позволяет правым ганглиозным нейритам пересекать среднюю линию и иннервировать левую сторону головы. Правильная иннервация обусловлена ​​отталкивающей природой взаимодействий между этими нейритами детектора движения, усиливающим все передние модели самооплаты. [ 28 ]

Сетчатка растет на протяжении всей жизни, добавляя новые нейроны на краю и смерти ганглиозных нейронов в центре. Еще раз доказано, что каждая ячейка ощущает соседние ячейки и может занимать пространство, оставленное другим. [ 29 ]

Тригемичные нейроны, разработанные через 16 часов после оплодотворения, являются частью периферической сенсорной системы и обнаруживают тепловые и механические стимулы в коже. Модель «рост и репульсивность» возникла из-за сложного топографического ограничения конусов роста между тройничными и рохонными нейронами . [ 30 ]

  • Planaria (Dugia japonica)

Мутанты DSCAM демонстрируют сильно дезорганизованную нейронную сеть и фасцикуляцию аксонов. [ 31 ]

Основные структуры для исследований самооплаты

[ редактировать ]

Двумя основными структурами, используемыми в исследованиях самооплаты, являются ганглиозные клетки сетчатки (RGC) у мышей и соматосенсорных нейронов у дрозофилы . Эти структуры указываются на различные молекулярные модели, потому что основной молекулой, участвующей в самоотредемости, является DSCAM у беспозвоночных и протокадеринов у позвоночных. [ 32 ]

Мышиная сетчатка

[ редактировать ]

Правильная сборка компонентов у сетчатки мышей зависит от правильной экспрессии DSCAM / DSCAML1 для образования мозаики различного типа клеточных типов RGC, расстояния сомы и дендритной арболирования, что обеспечивает охват всей визуальной области и более конкретно для ингибирования чрезмерной Фазикуляция и скопление клеточных тел у фоторецепторов, биполярных клеток стержня (эритроцитов) и амакриновых клеток в визуальной системе. Появление правильной стратификации и связи с синапсами говорит нам, что нокаут DSCAM влияет на только отталкивающие взаимодействия и охват дендритных арборов и функциональных привязков. [ 33 ] [ 34 ]

Фактические основные выводы основаны на идентификации различных типов нейронов сетчатки, каждый из которых имеет различное значение коэффициента охвата, выявляя градуированные степени гомотипического дендритного отталкивания. Принято последовательность развития: 1) Определите количество и расстояние клеток, 2) контролируемый рост ветвей и 3) тонкую настройку дендритной плитки для максимального охвата структуры. Эксперименты с мутантными мышами для MATH5 и BRN3B (ответственная за дегенерацию 95% и 80% ганглиозных клеток сетчатки, соответственно), показывают, что удаление ганглиозных клеток не уменьшает типы ганглионов сетчатки и что положение этих клеток не определено дендритом гомотипические взаимодействия, но для какой -то внутренней генетической программы. [ 35 ]

Дендритные нейроны арболирования

[ редактировать ]

Drosophila melanogaster - это модель для экспериментов в нескольких дендритных (MD) нейронах , которые составляют стереотипную картину периферической нервной системы. Нейроны дендритной арборизации являются основным подтипом группы нейронов MD и представлены высоко разветвленными дендритами под эпидермисом . Sugimura et al. [ 36 ] показали нейроны дендритной арборизации (DA) , которые стабилизируют их ветви на ранних стадиях личинок и других, которые продолжают формироваться на протяжении всего жизненного цикла.

Поскольку другие типы клеток, участвующих в процессах, зависящих от самопознания (например, самооплата и плитки, см. Рисунок-2) Эти нейроны DA могут заполнить пустые пространства, оставленные соседними ячейками, и этот процесс заполнения запускается путем потери локального Изоневральные ингибирующие контакты.

Личиночный глаз

[ редактировать ]

Поскольку Drosophila является одной из наиболее изученных моделей в механизмах самоопределения нейронов, мы можем найти несколько результатов, полученных на стадиях личинок. Одним из наиболее замечательных примеров является неправильное развитие дендритных арборов в личиночном глазу ( орган Болвига ) из -за нокаутной мутации DSCAM.

Разработка

[ редактировать ]

Многочисленные модели и структуры с различным временем развития и жизненными циклами используются в исследованиях самооплаты. Поэтому некоторые конфликты возникают, когда мы пытаемся определить строгую фазу развития для возникновения этих явлений. Первоначальная идея заключалась в том, что в некоторой ранней точке развития нейронные клетки контались друг с другом и организуют их распределение, но в нескольких исследованиях показано, что самооткрытие также присутствует во взрослой жизни.

Чтобы решить этот вопрос, было бы идеально для контроля дендритного развития нейронов от его рождения до созревания у животных целых звено . [ 34 ] [ 35 ]

У Drosophila исследования включают как личиночные, так и взрослые фазы, а количество часов после того, как слой яиц определяет правильную конструкцию дендритной плитки в сенсорных нейронах. [ 36 ] В начале стадии куколки эти нейроны обрезают все свои дендриты. Позже каждый нейрон выращивает совершенно новый дендрит для функции взрослых. Пока дендриты реконструируются, аксоны остаются в значительной степени нетронутыми [ 37 ] и на все эти фазы будут негативно повлиять в случае вмешательства в уместность самооплаты.

Экзоны доменов DSCAM могут быть по -разному выражены в соответствии с фазой жизненного цикла мухи. экзона 9 Сплайсинг регулируется временно, и только несколько последовательностей экзона 9 способствуют ранним изоформам эмбрионов, а оставшиеся экзон 9 возможных последовательностей становятся более распространенными с возрастом. Эти результаты доказывают, что независимо от тысяч изоформ , которые могут быть получены, разнообразие продолжает временно и пространственно контролируется. [ 38 ]

В мышиной сетчатке большинство ганглиозных клеток рождаются в E17 (эмбриональная стадия/день 17) . В этом возрасте сетчатка достигла 25% от зрелого размера [ 35 ] [ 39 ]

Молекулярная основа самооплаты

[ редактировать ]

Клеточные исследования самооплаты подразумевают, что любой основной молекулярный механизм должен обеспечить надежное и селективное распознавание клеточной поверхности, зависящее от контакта, только между родственными ветвями и должно связывать распознавание с изменениями в поведении роста . Недавние исследования по определению молекулярной основы контактных, зависимых от контактных гомотипических взаимодействий, приводили к идентификации двух больших семейств белков клеточной поверхности, кодируемых локусом адгезии клеток синдрома Drosophila Down PCDH ) ( в мАММАМИ Полем Эти белки с различными внеклеточными доменами и общими цитоплазматическими предполагаемыми внутриклеточными сигнальными доменами способны обеспечить разнообразные специфики распознавания для огромного ряда различных нейритов , одобряя нейроны уникальной клеточной идентичностью, которая позволяет нейронам различать себя от не-самих. Полем Дополнительные самоповерхностные рецепторы, вовлеченные в самооплату, включают черепаху иммуноглобулинового суперсемейства, которая функционирует в некоторых Drosophila DA Нейроны для обеспечения соблюдения терминальных интервалов. [ 40 ]

Беспозвоночные

[ редактировать ]

DSCAM1

[ редактировать ]

В нескольких исследованиях участвуют Drosophila dscam1 в дендритной и аксональной самооплате и расстоянии между процессами в разнообразных нейрональных популяциях, включая аксоны тела грибов (PN). , обонятельные проекционные нейроны (PN) дендриты и дендриты дендритов (DA) дендриты нейронов (DA) нейроны (DA) нейроны (DA) нейроны (DA) нейроны (DA) нейроны (DA) нейроны (DA) нейроны (DA) нейроны (DA) нейроны (DA) нейроны (DA) нейроны [ 3 ] [ 4 ] [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ] Примечательно, что функция DSCAM у беспозвоночных является как контекстом, так и видозависимым, так как было показано, что молекула регулирует отталкивание, рост, притяжение/ адгезию и формирование синапса в разных системах. [ 47 ] [ 48 ]

DSCAM1 кодирует суперсемейство иммуноглобулина (IG), который у Drosophila может генерировать до 19,008 белков с отдельными эктодоменами . [ 26 ] В анализах связывания DSCAM показывают изоформ-специфические гомофильные взаимодействия, но между различными, но тесно связанными изоформами происходит небольшое взаимодействие . [ 49 ] [ 50 ]

DSCAM1 контролирует самооплату

[ редактировать ]

DSCAM1 опосредованное самопознание имеет важное значение для самооплаты между сестринскими нейритами Hughes et al. (2007) сообщили, что потеря функции DSCAM в нейронах DA вызывала чрезмерное самокничивание дендритов из одного и того же нейрона. Сверхэкспрессия DSCAM вынудила соответствующие дендриты отделять друг от друга. Основываясь на этих данных, DSCAM приводит к отсутствию самооткрытия сестринских дендритов. Следовательно, прямые изоформные гомофильные взаимодействия DSCAM-DSCAM должны привести к событиям передачи сигнала, которые приводят к отталкиванию дендритов, экспрессирующих идентичные изоформы DSCAM. Это преобразование начального DSCAM-зависимого взаимодействия клеток-поверхности в отталкивающий ответ, который приводит к разделению дендритов в нейронах DA, подтверждается Matthews et al. (2007) в исследовании, которое продемонстрировало, что эктопическая экспрессия идентичных изоформ DSCAM на дендритах различных клеток способствует росту друг от друга. Авторы также предполагают, что идентичные изоформы DSCAM, выраженные в двух клеточных популяциях in vitro индуцировала их агрегацию в изоформном специфическом манере, показывая, что DSCAM обеспечивает клетки способности различать различные клеточные поверхности. Кроме того, экспрессия отдельных молекул DSCAM1, лишенных большей части их цитоплазматического хвоста, предотвратила эктопическую сегрегацию ветви и вместо этого привела к, по -видимому, стабильной адгезии между дендритами. В совокупности эти результаты подтверждают простую модель для прямой роли DSCAM в самооценке, в которой идентичные эктодомены DSCAM на поверхностях изонерональных дендритов распознают друг друга и индуцируют последующий отталкивающий сигнал, который опосредуется доменами в цитоплазматическом хвосте (Рисунок 7 (Рисунок 7 )

Гомофильное распознавание обеспечивает молекулярную основу для самооплаты

Чтобы проверить, требуется ли гомофильное связывание изоформ DSCAM1 для самооплаты, WU и коллеги генерировали пары химерных изоформ, которые связываются друг с другом (гетерофильный), но не сами (гомофильный). Эти изоформы не смогли поддерживать самооплату. Напротив, совместная экспрессия дополнительных изоформ в одном и том же нейроне восстановила самооплату. Эти данные устанавливают, что распознавание между изоформами DSCAM1 на противоположных поверхностях нейритов одной и той же клетки обеспечивает молекулярную основу для самооплаты. [ 7 ]

Разнообразие в локусе DSCAM1 необходимо для самопознания

[ редактировать ]

Разнообразие изоформ DSCAM в отдельных нейронах не требуется для самооплаты ...

В 2004 году Zhan et al. Опубликовано исследование, в котором функция разнообразия DSCAM была исследована путем оценки изоформ DSCAM, экспрессируемых развивающимися нейронами грибного тела (MB) , а также способности отдельных изоформ спасать фенотипы потери функции DSCAM и последствия эктопической экспрессии отдельных изоформ DSCAM. Они продемонстрировали, что различные подтипы нейронов MB экспрессируют различные массивы изоформ DSCAM и что потеря DSCAM1 в этих нейронах приводит к неудаче в отделении ветви, фенотипе, который может быть спасен экспрессией отдельных произвольных изоформ в отдельных нейронах. Кроме того, в нейронах DA единые произвольно выбранные изоформы спасли фенотип Null Null Null DSCAM1. [ 7 ] Эти результаты приводят к выводу, что разнообразие DSCAM1 не требуется в отдельных нейронах для самооплаты.

... но разнообразие изоформ DSCAM, экспрессируемых нейронами разных типов, имеет важное значение для различения самого себя и не-сельских нейритов

Чтобы проверить, требует ли сегрегация сестринской филиала соседние аксоны грибов для выражения различных наборов изоформ DSCAM, Hattori et al. (2009) [ 51 ] Снижен весь репертуар эктодоменов DSCAM до одной изоформы с использованием гомологичной рекомбинации и изученной тела грибов морфологии в DSCAM одинокий и контролировать животных. В большинстве проанализированных грибных тел , одна из двух доли была полностью отсутствует, а в немногие оставшиеся образцы одна доля была значительно тоньше, чем другая. Этот доминирующий фенотип указывает на то, что дефекты являются не из -за потери какой -либо изоформы, а скорее наличия одной и той же изоформы на всех аксонах. Эти исследования привели к выводу, что каждый нейрон экспрессирует набор изоформ DSCAM1, в значительной степени отличающимися от своих соседей, и что для соседних нейронов крайне важно выразить различные изоформы DSCAM, но специфическая идентичность изоформ, экспрессируемых в отдельном нейроне, не важна, как, как, как, как. По мере того, как сестринские ветви выражают идентичный набор изоформ, чтобы обеспечить гомотипическое отталкивание между ними.

Тысячи изоформ необходимы для правильного самопознания

Позже, Hattori et al. (2009) [ 51 ] принял стратегию замены генома для создания мутантных животных, в которой количество потенциальных изоформ DSCAM1 было ограничено. Их цель состояла в том, чтобы определить, сколько изоформ было необходимо, чтобы нейриты не были неуместно распознавать и избежать не-сервис-нейритов. Паттерны ветвления улучшились по мере увеличения потенциального количества изоформ независимо от идентичности изоформ. В заключение, размер пула изоформ, необходимый для надежной дискриминации между собой и неспособностью, составляет тысячи.

В целом, идентичность изоформы между ветвями того же нейрона приводит к распознаванию через внеклеточную область и отталкивание, опосредованное внутриклеточным хвостом DSCAM1. Поскольку изоформы DSCAM1, экспрессируемые в различных нейронах DA, вероятно, будут разными, дендриты разных нейронов DA не распознаются не распознавать себя как себя. Таким образом, белки DSCAM1 необходимы для самооплаты и обеспечивают молекулярный код, с помощью которого нейриты различают самоопределенные и белки и у соседних клеток (рис. 7).

Позвоночные

[ редактировать ]

DSCAM и DSCAML1

[ редактировать ]

Самооплата только недавно была изучена в развитии мозга позвоночных и в основном в контексте нейритов паттерна во внутренних плексиформных слоях (IPL). [ 34 ] [ 52 ] В отличие от Drosophila , мышиные DSCAM являются типичными молекулами клеточной поверхности, в которых отсутствует массивный альтернативный сплайсинг ортологичных дел Fly DSCAM1. Таким образом, хотя DSCAM могут сохранить консервативную функцию в опосредовании самоотражения у позвоночных, отсутствие молекулярного разнообразия дает понять, что они не играют роли в самопознавлении.

DSCAMS действует, чтобы свести на нет специфические взаимодействия клеток, а не активно способствовать отталкиванию в нейритах позвоночных.

Учитывая, что DSCAM и DSCAML1 имеют непересекающиеся паттерны экспрессии в сетчатке мыши, при этом DSCAM экспрессируется в подмножестве амакринных клеток и большинства ганглиозных клеток сетчатки (DGC) и DSCAML1, экспрессируемых в стержне, Fuerst et al. (2009) исследовали популяции ганглиозных клеток сетчатки в DSCAM −/− Мыши и, кроме того, оценили анатомию сетчатки в стержне с использованием нокаута генов аллеля DSCAML1 . В отсутствие любого гена клетки, которые обычно экспрессируют, показали чрезмерную фаскуляцию их дендритов и комки их клеточных тел. Эти результаты привели к выводу, что DSCAM и DSCAML1 предотвращают чрезмерную адгезию, в первую очередь путем маскирования специфических клеточных клеточных взаимодействий между дендритами одного и того же класса клеток, а не активно способствуя отталкиванию между ними. Таким образом, в отсутствие разнообразия DSCAM млекопитающих не предоставляют клетки способности различать свои собственные процессы и процессы всех других клеток, включая процессы из клеток того же типа. Вместо этого DSCAM действует, чтобы отрицать специфические взаимодействия клеточного типа, которые способствуют другим молекулам распознавания.

Протокадгерин

[ редактировать ]

Более поздние исследования показали, что мыши используют другое семейство молекул распознавания клеток: кластерные протокадерины (PCDHS) , в стратегии, подобной Fly DSCAM1 для регулирования самооплаты. Хотя как кластеризованные гены PCDH, так и DSCAM1 генерируют семейства белков с разнообразными эктодоменом, соединенными с общим цитоплазматическим доменом, режим генерации кластерных PCDH и разнообразия аналогов Fly DSCAM1 заметно отличается. Разнообразие PCDHS в значительной степени генерируется альтернативным выбором промотора, в отличие от альтернативного сплайсинга. [ 53 ] [ 54 ] Количество изоформ PCDHS варьируется между различными видами позвоночных, но в совокупности обычно существует порядок 50 изоформ. [ 54 ] [ 55 ]

Специфичное для изоформы гомофильное распознавание

Убедительные доказательства дискретной специфичности связывания различных кластерных изоформ PCDHS были обнаружены в 2010 году Schreiner & Weiner, которые подтвердили, что PCDH способствуют изоформованному гомофильному распознаванию. В то время как количество изоформ PCDHS бледнеет по сравнению с количеством изоформ DSCAM1, гетероолигомеризация PCDH заметно увеличивает количество специфичности дискретного связывания, кодируемых локусом. PCDH необходимы для самооплаты

Чтобы искать роли PCDH-γS в самоотчетении, Lefebvre et al. (2012) сосредоточились на интернейроне сетчатки , амакриновой клетке Starburst (SAC), которая экспрессирует PCDH-γS и демонстрирует драматическую дендритную самооплату. Они использовали систему Cre-Lox для удаления всех переменных доменов локуса PCDH-γ в развивающейся сетчатке, и подтвердили, что дендриты, возникающие из одного мешка, часто пересекают друг друга, и иногда образуются свободные пучки, аналогично удалению DSCAM1 из DA DA нейроны (рис. 8).

Разнообразие PCDHS необходимо для самопознания

Кроме того, Лефевр и его коллеги оценили потребность в разнообразии изоформ в PCDH-γ -зависимой самоопланировании. Они продемонстрировали, что одиночные произвольно выбранные изоформы спасали дефекты самооплаты мутанта PCDH-γ и что экспрессия одной и той же изоформы в соседних мешках уменьшала перекрытие между ними. Их результаты указывают на то, что разнообразие, по-видимому, лежит в основе самоотражения/неконфессиональной дискриминации, предположительно потому, что соседние нейроны вряд ли выражают одинаковые изоформы и, следовательно, свободны для взаимодействия. Следовательно, разнообразие изоформ позволяет мешкам отличать изонерональное от гетеронерональных дендритов. Как и в случае с DSCAM1 , самооплата в мешках не полагается на определенную изоформу, а скорее требует, чтобы использование изоформы отличалось среди соседних клеток. Таким образом, две фила, по-видимому, набирали различные молекулы, чтобы опосредовать сходные, сложные стратегии для самосознания, тем самым способствуя самоотчасти.

Смотрите также

[ редактировать ]

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ Jump up to: а беременный Kramer AP, Stent GS. 1985. Развитие арборизации сенсорных нейронов в пиявной Heameeria ghilianii. II Экспериментально индуцированные изменения в схеме ветвления. J. Neurosci., 5: 768–75
  2. ^ Jump up to: а беременный Kramer AP, Kuwada Jy. 1983. Образование восприимчивых полей механопросижированных нейронов пиявки во время эмбрионального развития. J. Neurosci. 3: 2474–86
  3. ^ Jump up to: а беременный Hughes Me, Bortnick R, Tsubouchi A, Baumer P, Kondo M, et al. 2007. Гомофильные взаимодействия DSCAM контролируют комплекс морфогенез дендритов. Нейрон. 54: 417–27
  4. ^ Jump up to: а беременный Мэтьюз Б.Дж., Кимме, Фланаган Дж.Дж., Хаттори Д., Клеменс Дж.С. и др. 2007. Дендрита самооплата контролируется DSCAM. Клетка 129: 593–604
  5. ^ Schreiner D, Weiner JA. 2010. Комбинаторное гомофильное взаимодействие между мультимерами γ-протокадерина значительно расширяет молекулярное разнообразие клеточной адгезии. Прокурор Нат. Академический Наука США 107: 14893–98
  6. ^ Jump up to: а беременный Lefebvre JL, Kostadinov D, Chen WV, Maniatis T, Sanes Jr. 2012. Протокадерины опосредуют дендритную самообожность в нервной системе млекопитающих. Природа. doi : 10.1038/nature11305
  7. ^ Jump up to: а беременный в Wu W, Ahlsen G, Baker D, Shapiro L, Zipursky SL. 2012. Дополнительные химерные изоформы показывают специфичность связывания DSCAM1 in vivo. Нейрон 74: 261–68
  8. ^ Hoang P, Grueber WB. 2013. Дендритная самооплата: протокадерины покрывают его. Ячейка. 23: 323-325
  9. ^ Grueber, WB; Сагасти А. (2010-06-23). «Самооплата и плитка: механизмы дендрита и расстояния между аксонами» . Перспективы Cold Spring Harbor в биологии . 2 (9). Лаборатория Cold Spring Harbour: A001750. doi : 10.1101/cshperspect.a001750 . ISSN   1943-0264 . PMC   2926746 . PMID   20573716 .
  10. ^ Choe Y, Yang HF, Chern-Yeow D. 2007. Автономное изучение семантики внутренних сенсорных состояний на основе моторного исследования. Международный журнал гуманоидной робототехники 4: 211-243
  11. ^ Zipursky, SL, Grueber WB 2013 Молекулярная основа самооплаты. Annu Rev Neurosci. 26: 547-568
  12. ^ Jump up to: а беременный Николс Дж. Г., Бэйлор Д.А. 1968. Специфические методы и восприимчивые поля сенсорных нейронов в ЦНС пиявки. J. Neurophysiol. 31: 740–56
  13. ^ Yau kw. 1976. Рецептивные поля, геометрия и блок проводимости сенсорных нейронов в центральной нервной системе пиявки. J. Physiol. 263: 513–38
  14. ^ Kramer, Ap. 1982. Развитие нейрональной беседы в пияве. Развитие нейронов: клеточные подходы у беспозвоночных. 882-885
  15. ^ Гудман CS, Raper JA, Ho Rk, Chang S. 1982. Пополнение пути конусов роста нейронов у эмбрионов кузнечиков. Порядок развития: его происхождение и регулирование. 275-316
  16. ^ Neugebauer KM, Tomaselli KJ, Lilien J, Reichardt LF. 1988. N-Cadherin, NCAM и интегрины способствуют росту нейритов сетчатки на астроцитах in vitro. J. Cell Biol. 107: 1177–87
  17. ^ Tomaselli KJ, Neugebauerkm, Bixby JL, Lilien J, Reichardt LF. 1988. N-кадгерин и интегрины: две рецепторные системы, которые опосредуют перерастает нейрональный процесс на поверхностях астроцитов. Нейрон 1: 33–43
  18. ^ Macagno er, Gao Wo, Bapttita CA, Passani Mb. 1990. Конкуренция или запрет? Стратегии развития в создании периферического проекта нейронами пиявки. J. Neurobiol. 21: 107-1
  19. ^ Tessier-Lavigne M, Goodman CS. 1996. Молекулярная биология руководства аксона. Наука 274: 1123–3
  20. ^ Jellies J, Kristan WB. 1991. Организатор косой мышцы в Hirudo Medicinalis, идентифицированной клетке, проецирующей множественные параллельные конусы роста в упорядоченном массиве. Деви биол. 148: 334-354
  21. ^ Бушонг Е.А., Мартон я, Джонс Юз, Эллисман М.Х. 2002. Протоплазматические астроциты в слоях CA1 излучения занимают отдельные анатомические домены. J Neurosci 22 (1): 183-92
  22. ^ Ogata K, Kosaka T. 2002. Структурный и количественный анализ астроцитов в гиппокампе мыши. Нейробиология 113 (1): 221–33
  23. ^ Livet J, Weissman TA, Kang H, Draft RW, Lu J, Bennis RA, et al. 2007. Трансгенные стратегии комбинаторной экспрессии флуоресцентных белков в нервной системе. Nature 450: 56–62
  24. ^ Wang H, Macagno er. 1998. Отдельная ветвь перестает быть признанной собой с другими ветвями нейрона. J. Neurobiol. 35: 53-64
  25. ^ Wu Q, Maniatis T. 1999. Поразительная организация крупной семьи генов нейронной кадгериноподобной клеток человека. Клетка 97: 779–90
  26. ^ Jump up to: а беременный Schmucker D, Clemens JC, Shu H, Worby CA, Xiao J, et al. 2000. Drosophila DSCAM - это рецептор Axon, демонстрирующий необычайное молекулярное разнообразие. Клетка 101: 671–84
  27. ^ Perry VH, Linden R, 1982. Данные дендритной конкуренции в развивающейся сетчатке. Природа 297: 683–685
  28. ^ Kitson DL, Roberts A, 1983. Конкуренция во время иннервации эмбриональной кожи головы амфибия. Прокурор R. Soc. Лонд Б. 218: 49–59
  29. ^ Hitchcock PF, 1989. Исключительные дендритные взаимодействия в сетчатке золотой рыбки. Разработка 106: 589–598
  30. ^ Sagasti A, Guido MR, Raible DW, Schier AF, 2005. Отталкивающие взаимодействия формируют морфологию и функциональное расположение зебрафишпериферических сенсорных арборов. Текущая биология 15: 804–814
  31. ^ Fusaoka E, Inoue T, Mineta K, Agata K, Takeuchi K, 2006. Структура и функция примитивных иммуноглобулиновых суперсемейств. Гены к клеткам 11: 541–555
  32. ^ Zipursky SL, Grueber WB, 2013. Молекулярная основа самооплаты. Анну. Rev. Neurosci. 36: 547–568
  33. ^ Huberman AD, 2009. DSCAM млекопитающих: они не помогут вам найти партнера, но они гарантируют вам какое -то личное пространство. Нейрон 64
  34. ^ Jump up to: а беременный в Fuerst PG, Bruce F, Tiau M, Wei W, Elstrott J, Feller MB, Erskine L, Singer JH, Burgess RW, 2009. Функция DSCAM и DSCAML1 в самооплате в нескольких типах клеток в развивающейся сетчатке мыши. Нейрон 64: 484–497
  35. ^ Jump up to: а беременный в Lin B, Wang SW, Masland RH, 2004. Тип ганглиозных клеток сетчатки, размер и расстояние могут быть указаны независимо от гомотипических дендритных контактов. Нейрон 43: 475–485
  36. ^ Jump up to: а беременный Sugimura K, Yamamoto M, Niwa R, Satoh D, Goto S, Tanigushi M, Hayashi S, Uemura T, 2003. Отдельные способы развития и вызванные поражением реакции дендритов двух классов сенсорных нейронов Drosophila. J. Neurosci. 23: 3752–3760
  37. ^ Han S, Song Y, Xiao H, Wang D, Franc NC, Jan Ly, Jan Yn, 2013. Эпидермальные клетки являются первичными фагоцитами в фрагментации и очистке дегенерирующих дендритов у дрозофилы. Нейрон 81: 544–560
  38. ^ Schmucker D, Chen B, 2009.dscam и DSCAM: сложные гены у простых животных, сложные животные, но простые гены. Гены Дев. 23: 147–156
  39. ^ Grueber WB, Sagasti A, 2010. Самооплата и плитка: механизмы дендрита и интерната аксонов. Перспектива холодной весенней гавани. Биол.
  40. ^ Long H, Ou Y, Rao Y, Vanmeyel DJ. 2009. Дендритское ветвление и самооплата контролируются черепахой, консервативным белком IGSF у дрозофилы. Разработка 136: 3475–3484
  41. ^ Wang J, Zugatesct, Liang IH, Leech, Leet. 2002a. DROSOPHILA DSCAM необходим для дивергентной сегрегации сестринских ветвей и подавляет эктопическую бифуркацию аксонов. Нейрон 33: 559–71
  42. ^ Zhan XL, Clemens JC, Neves G, Hattori D, Flanagan JJ, et al. 2004. Анализ разнообразия DSCAM в регулировании руководства аксона в грибных телах Drosophila. Нейрон 43: 673–86
  43. ^ Zhu H, Hummel T, Clemens JC, Berdnik D, Zipursky SL, Luo L. 2006. Дендритные паттерны с помощью DSCAM и синаптического партнера, сопоставления в антенной доле Drosophila. НАТ Нейроски. 9: 349–55
  44. ^ Hattori D, Demir E, Kim HW, Viragh E, Zipursky SL, Dickson BJ. 2007. Разнообразие DSCAM имеет важное значение для проводки нейронов и самопознания. Nature 449: 223–27
  45. ^ Soba P, Zhu S, Emoto K, Younger S, Yang SJ, et al. 2007. Сенсорные нейроны Drosophila требуют DSCAM для дендритной самооплаты и правильной дендритной полевой организации. Нейрон 54: 403–16
  46. ^ Millard SS, Zipursky Sl. 2008. DSCAM-опосредованный отталкивание контролирует плитку и самооплату. Карт Мнение Нейробиол. 18: 84–89
  47. ^ Fuerst PG, Koizumi A, Masland RH, Burgess RW. 2008. Нейритовая арборизация и расстояние между мозаикой в ​​сетчатке мыши требуют DSCAM. Nature 451: 470–74
  48. ^ Li HS, Chen JH, Wuw, Fagaly T, Zhou L, et al. 1999. Разрез позвоночных, секретируемый лиганд для трансмембранной белковой кольцевой развязки, является репеллентом для обонятельных аксонов луковиц. Клетка 96: 807–18
  49. ^ Wojtowicz WM, Flanagan JJ, Millard SS, Zipursky SL, Clemens JC. 2004. Альтернативное сплайсинг DSCAM DSCAM DSCAM генерирует рецепторы аксона, которые демонстрируют изоформ-специфическое гомофильное связывание. Клетка 118: 619–33
  50. ^ Wojtowicz Wm, Wuw, Andre I, Qian B, Baker D, Zipursky SL. 2007. Обширный репертуар специфичности связывания DSCAM возникает из -за модульных взаимодействий переменных доменов IG. Ячейка 130: 1134–45
  51. ^ Jump up to: а беременный Хаттори Д., Чен Ю, Мэтьюз Б.Дж., Салвински Л., Сабатти С. и др. 2009. Прочная дискриминация между собой и неконфессионными нейритами требует тысячи изоформ DSCAM1. Nature 461: 644–48
  52. ^ Fuerst PG, Burgess RW. 2009. Молекулы адгезии при установлении сетки сетчатки. Карт Мнение Нейробиол. 19: 389–94
  53. ^ Tasic B, Nabholz CE, Baldwin KK, Kim Y, Rueckert EH, et al. 2002. Выбор промотора определяет выбор сайта сплайсинга в сплайсинге протокадгерина α и γpre-мРНК. Мол Клетка 10: 21–33
  54. ^ Jump up to: а беременный Wang X, Su H, Bradley A. 2002b. Молекулярные механизмы, регулирующие экспрессию гена PCDH-γ: данные для множественного промотора и цис-альтернативной модели сплайсинга. Гены Дев. 16: 1890–905
  55. ^ Lefebvre JL, Zhang Y, Meisterm, Wang X, Sanes Jr. 2008. Разработка 135: 4141–51
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Neuronal_self-avoidance&oldid=1121906721"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 3b8dfa43621da7cc5341f3eb1b5ee3d7__1668445380
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/3b/d7/3b8dfa43621da7cc5341f3eb1b5ee3d7.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Neuronal self-avoidance - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)