Tilknyttede interne uroner i musembryoer bosætter sig i forhuden uafhængigt af hinanden • Svetlana Yastrebova • Videnskabsnyheder om "Elements" • Neurobiologi, Molekylærbiologi, Embryologi

Tilknyttede interneuroner i musembryoner bosætter sig i forebrain uafhængigt af hinanden.

Fig. 1. En skive af en af ​​de to halvkugler i hjernen af ​​et musembryo på den 12. og en halv dag med embryonisk udvikling. gul tildelt ganglion tuberkel. LGE er den laterale (laterale) del af ganglion tubercle (GE), MGE er den mediale (median) del af ganglion tuberkulet, VZ er den ventrikulære zone. arrow angav retningen af ​​migrering af neuroner. Billede fra ru.wikipedia.org, med ændringer

I løbet af den embryonale udvikling afvikles nyligt dannede neuroner i hjernen i forskellige dele af det. For at finde ud af, hvordan udviklingen af ​​hjernen i embryoet påvirker organets arbejde i fremtiden, er det nødvendigt at forstå, om der findes et mønster i denne genbosættelse. Det er meget svært at tale om alle neuroner på én gang, men for nylig viste det sig på GABA-interneuroner, at deres endelige placering i cortex af de store halvkugler ikke afhænger af placeringen af ​​deres nærmeste familie. Det betyder, at for indretning af neuroner i hjernen er indflydelsen fra de omgivende celler vigtigere end deres oprindelse.

Hvis vi ønsker at forstå, hvordan intelligens, hukommelse og bevidsthed dannes, skal vi vide, hvordan deres "carriers" -neurons skæbner er dannet og i henhold til hvilke love disse celler virker. Ideelt,Det ville være godt at spore embryonale oprindelse og forbindelser af hver neuron i nervesystemet, men det kan i øjeblikket kun gøres for et væsen – en rundorm Caenorhabditis eleganssom kun har 302 celler i nervesystemet. For mere komplekse væsner er det nødvendigt at gruppere hjernens neuroner i henhold til forskellige tegn og finde nogle udviklingsmønstre og fungerende karakteristika for gruppen som helhed.

En af disse grupper er GABA-ergic (dvs. gamma-aminosmørsyre, der frigives som en neurotransmitter, GABA) -interuroner (mellemled i nerveimpulsoverføringskæden) af forebrain. Den cerebrale cortex, hippocampus, basal ganglia, thalamus, hypothalamus (alle disse strukturer er parret), samt hypofysen og epifysen tilhører forgrunden.

GABA er en hæmmende mediator, det vil sige, at dens handling stopper transmissionen af ​​et signal fra celle til celle. Dette er nødvendigt for at forhindre excitering af neuroner, der opstod på det forkerte tidspunkt eller viste sig at være for stærk. På GABA-ergic-internuronerne ligger faktisk vejledningen af ​​alle elektriske impulser fra forebrain. Disse celler "bestemmer" hvilket signal vil passere, hvilket ikke er, hvad bliver styrken.På bekostning af et omfattende netværk af processer bestemmer de til en vis grad selv, hvor dette signal vil gå. Hvis forstyrrelser forårsaget af GABA af en eller anden årsag forstyrres, kan det manifestere sig i muskelkramper (epilepsi), øget muskeltonus (cerebral parese) eller ukontrollerede bevægelser (Huntingtons chorea, Tourettesyndrom).

I pattedyr fremgår GABA-interneuroner i forbindelse med embryonal udvikling fra de mediale ganglion-tuberkler (MGE), der ligger tæt på hjernehvirvlerne (figur 1) (dette er en pardannelse, men for enkelhed vil det blive nævnt senere i entallet). Denne struktur er kun i embryoner, hos voksne dyr er den ikke isoleret. I den mediale ganglion er tuberkel forstadierne af GABA-neuroner. De deler sig, og de resulterende celler migrerer til den fremtidige cortex af de store halvkugler – og ikke kun til den, men også til andre områder af forebrain. Hvor ellers er de afgjort, i hvilken rækkefølge og i hvilke mængder, bare nødt til at finde ud af (fig. 2). Hvorfor er disse oplysninger vigtige? Hvis det viser sig, at de efterkommende neuroner i en enkelt progenitorcelle migrerer til det samme område i hjernen, vil de sandsynligvis behandle de samme signaler.Det vil sige, det vil være muligt at forudsige funktionen af ​​denne neuron i en voksen organisme på det sted, hvor GABA interneuron dannes i embryonets langsomme ganglion-tuberkel. Hvis der ikke findes et sådant mønster, vil det være meget sværere at forudsige GABA-interneurons skæbne i den modne hjerne.

Fig. 2. Den generelle plan for eksperimentet. Til venstre appelsin en medial ganglion tuberkel er isoleret – en kilde til GABA-interneuroner. Til højre vist er hypotetiske hjerneafsnit af et voksent dyr, der illustrerer to mulige muligheder for migration af GABA-ergiske celler – uafhængigt af hinanden eller i grupper. Billede fra artiklen i diskussion neuron

To tidligere undersøgelser (K. Brown et al., 2011. Klonalproduktion og organisationen af ​​inhibitoriske interneuroner i Neocortex og G. Ciceri et al., 2013. Lineagespecifik laminær organisation af kortikale GABAergic interneuroner) viste, at bremse-interneuroner er fordelt i en bestemt rækkefølge: kloncellerne er enten over hinanden i de tilstødende lag af cerebral cortex eller i et lag, men inden for den funktionelle kolonne i cortexen, en lille gruppe celler involveret i en fælles lille opgave.

En gruppe forskere fra USA og Østrig besluttede dog at kontrollere disse resultater, idet de undersøgte deres kollegaers eksperimenter utilstrækkeligt.Faktum er, at forfatterne af de to tidligere værker for at spore bevægelserne af nydannede neuroner mærket dem med retrovirusser, der bærer genet for grønt fluorescerende protein. Denne fremgangsmåde antyder, at celler med samme fluorescerende mærke, der ligger langt fra hinanden, er nedstammet fra forskellige forstadier. Dette er dog kun en antagelse, ikke et aksiom.

For at finde ud af, hvorvidt klonale brødre og søstre "ser" hinanden, brugte forskerne DNA-stregkodningsmetoden. Men hvis DNA-stregkoder, der bruges til systematik af arter (se DNA-stregkodning – en tykkelse af biologisk taksonomi), er oprindeligt til stede i kroppens celler, introducerede forskerne DNA stregkoder til sporing af GABA-interneuroner udefra, indføring af embryoner gennem mikroinjektioner i hjerneventriklerne musmodificeret sarcomvirus og fuglleukæmi subtype A (figur 3). Viruset indeholdt "stregkoder" – små stykker af DNA, som senere kunne bruges til at genkende et specifikt neuron. Derudover har hver virus båret GFP-genet, således at forskere senere ved at udtrykke dette protein formåede at se og isolere den ønskede celle. Virus med en lang række stregkoder blev injiceret i hvert embryo.Denne mangfoldighed var så stor, at næsten alle forgængere af interneuroner fik en unik etiket. Således havde alle hans efterkommere de samme DNA-stregkoder.

Fig. 3. Operationen til indsættelse af DNA-stregkoder i de mediale ganglion-tuberkler af embryoner. E10.5-E12.5 – Antal dage med embryonisk udvikling, når en operation er i gang for at indføre virale vektorer. En levende gravid kvindemus gør et snit i bukhulen og gennem en tynd nål injiceres en opløsning med vira i hvert embryo i hjerneventriklerne. Til højre – Hjernen hos en ung mus, der er udviklet fra det opererede embryo, og placeringen af ​​nedskæringerne, hvorfra et tredimensionelt billede efterfølgende dannes (se figur 4). Billede fra artiklen i diskussion neuron

Proceduren blev udført den tiende og en halv – den tolvte og en halv dag med embryonisk udvikling, da det var på dette tidspunkt, at processen med dannelsen af ​​GABA-interneuroner var særlig intensiv. På den sekstende dag efter fødslen, hvor migrering af interneuroner er afsluttet, skulle musene aflives. En serie af sektioner blev fremstillet fra deres hjerne, og fra hver sektion blev kun de grupper af celler, hvori det grønne fluorescerende protein var til stede, udskåret fra laseren ved spændende mikrodissektion.Tilstedeværelsen af ​​GFP blev kontrolleret under anvendelse af fluorescensmikroskopi.

Placeringen af ​​GABA-interneuroner blev således testet i to trin. I det første trin gjorde GFP-fluorescens det muligt at identificere i hvilke dele af hjernen, at cellerne stammende fra den mediale ganglion-tuberkel er placeret (figur 4).

Fig. 4. Et tredimensionelt billede af musens hjerne, opnået fra en serie skiver (forfra og fra siden). grøn Stederne til påvisning af GABA-ergiske interneuroner mærket med DNA-stregkoder og grønt fluorescerende protein er angivet. Billede fra artiklen i diskussion neuron

I anden fase blev fragmenter af dens DNA isoleret efter hver af disse celler efter udskæring af disse celler, herunder dens stregkode (figur 5). Ved anvendelse af PCR (polymerasekædereaktion) blev antallet af sådanne fragmenter forøget gentagne gange og derefter indført i bakterierne som en del af plasmider. Når bakterierne blev multipliceret, øgede de igen antallet af kopier af disse DNA-fragmenter, hvorefter biologer kunne arbejde sammen med dem og estimere antallet af neuroner, hvori en bestemt stregkode var indeholdt.

Fig. 5. Laser spændende mikrodissektion (LCM) af nervevæv indeholdende mærkede celler, yderligere PCR og en stigning i antallet af kopier af DNA-stregkoder i DNA-bakterierne (vist til højre i en petriskål).Bakterier blev plantet i hver skål, der modtog DNA stregkoder fra kun en del af hjernen. Billede fra artiklen i diskussion neuron

Resultaterne var uventede. For det første er GABA-interneuroner, der er dannet i medial ganglion-tuberkel, ikke begrænset i deres afvikling inden for samme halvkugle, faktisk ved intet. De fleste af dem (41-81%) var i hjernebarken, men samtidig blev en betydelig procentdel af dem fundet i de subkortiske strukturer – hippocampus (1-13%) og striatum (3-9%). Et antal mærket GABA-interneuroner "slog sig" i lygtepæren, amygdala og hypothalamus. For det andet viste klonceller ikke altid ved siden af ​​hinanden. På cellulær skala er "nær" inden for 400 mikrometer, og i overensstemmelse med resultaterne af undersøgelsen blev nært beslægtede GABA-interneuroner placeret i gennemsnit ved 1400-1800 mikron (1,4-1,8 mm) fra hinanden. Endvidere faldt kloner ofte i helt forskellige hjernestrukturer. For eksempel kunne celler af en enkelt klon findes i cortex, hippocampus og striatum.

Så hvad er reglen om at nyoprettede GABA-interneuroner spredes? Det er svært at sige endnu.Måske er den vigtigste faktor, der påvirker vejen for deres afvikling, deres miljø. En bremse-interneuron, der bliver sagt i hippocampus, modtager signaler fra naboceller og indgår i en helt anden kæde af transmission af nerveimpulser end sin "bror", der ender i cortex på samme halvkugle. Dette viser, at ikke kun arbejdet i den modne hjerne, men også dens dannelse er meget plastik og afhænger i vid udstrækning ikke af genotypen, men på miljøforholdene.

Kilde: Christian Mayer, Xavier H. Jaglin, Lucy V. Cobbs, Rachel C. Bandler, Carmen Streicher, Constance L. Cepko, Simon Hippenmeyer, Gord Fishell. Klonalt relaterede forebraininterneuroner spredes bredt over begge funktionsområder og strukturelle grænser // neuron. September 2015. V. 87. Udgave 5. S. 989-998.

Svetlana Yastrebova


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: