BIO254: Chemoaffiniteit

Inleiding

de Chemoaffiniteitshypothese stelt voor dat axonen op verschillende wijze chemische signalen herkennen die worden geproduceerd door cellen die op het doel overeenkomen. Op deze manier verbinden neuronen zich alleen met specifieke cellen of groepen cellen. Deze selectieve erkenning is de basis voor het vestigen van juiste functionele neuronale verbindingen. De Chemoaffiniteitshypothese werd voor het eerst voorgesteld door de neuropsycholoog Roger Wolcott Sperry (20 augustus 1913 – 17 April 1994), en is gebaseerd op klassieke experimenten uitgevoerd op kikkers.

toen de Chemoaffiniteitshypothese voor het eerst werd voorgesteld, stond deze in tegenstelling tot een concurrerend model, de Resonantiehypothese. De Resonantiehypothese voorspelt niet-specifieke neuronale verbindingen tijdens vroege ontwikkelingsstadia. Functionele circuits worden gecreëerd door activiteitsafhankelijke herbedrading van de initiële willekeurige verbindingen. Zowel klassieke als moderne experimenten lijken de Chemoaffiniteitshypothese over de Resonantiehypothese te ondersteunen, waardoor het het meest geaccepteerde model van neuronale bedrading is.Begin 1940 voerde Roger Sperry een reeks experimenten uit over het visuele systeem van kikker. In zijn experimenten wordt het oog van een kikker gescheiden van de oorspronkelijke verbinding met het tectum, en vervolgens 180o gedraaid en opnieuw geïmplanteerd. De netvliescellen zijn in staat axonen te genereren die terug naar het tectum projecteren en functionele synapsen te herstellen. Deze rotatie van het oog resulteerde in een subjectief omgekeerde visuele wereld voor deze kikkers: wanneer een vlieg in zijn bovenste gezichtsveld wordt aangetrokken, lonkt de kikker altijd naar beneden. Dit ongepaste gedrag impliceerde sterk dat de kikker zich gedraagt alsof zijn hele visuele wereld is omgekeerd.

deze experimenten leidden tot de conclusie dat wanneer de oorspronkelijke optische verbindingen werden verbroken, de regenererende axonen van het netvlies teruggroeien naar hun oorspronkelijke locatie in het tectum en deze goed georganiseerde verbindingen opnieuw tot stand brachten. Op basis van deze conclusies stelde Sperry voor dat ruimtelijke gradiënten van chemische signalen die worden uitgedrukt door tectale cellen waarschijnlijk dit proces tijdens de ontwikkeling bemiddelen, d.w.z. elke optische vezel en elk Tectal neuron bezat chemische signalen die uniek bepaald hun neuronentype en positie en optische vezels konden deze signalen gebruiken om selectief te navigeren naar hun vooraf bepaalde doelcel. Deze gevolgtrekking werd vervolgens geformuleerd in een algemene verklaring van hoe neuronen goed georganiseerde verbindingen vormen tijdens de ontwikkeling en werd bekend als de chemoaffinity hypothese.

trofische interacties in Chemoaffiniteit

neurotrofe signalering heeft twee belangrijke functies: 1) het bepalen van de overleving van een specifieke subset van neuronen uit een initiële grotere populatie, en 2) het vormen en onderhouden van axonale verbindingen. Neuronen zijn afhankelijk van een minimum aan trofische factoren om te overleven en voor het behoud van hun doelverbindingen. Als de chemoaffiniteitshypothese stelt dat zenuwcellen chemische labels dragen om hun connectiviteit te bepalen, waar en wanneer worden deze chemische componenten dan geproduceerd? De trofische factoren worden samengesteld door doelweefsels en ter beschikking gesteld aan ontwikkelende neuronen om hun potentiële axonale weg te leiden. Bovendien produceren deze doelen trofische factoren slechts in beperkte hoeveelheden, zodat ontwikkelende neuronen moeten concurreren om de beschikbare factor om overleving te behouden (zie vuur samen, draad samen sectie voor meer). Één algemeen bestudeerde trofische molecuul, de factor van de zenuwgroei (NGF), is een proteã ne die steun aan de bovengenoemde veronderstellingen van hoe axonen tot doelsynapsen worden aangetrokken heeft gegeven. Rita Levi-Montalcini en Viktor Hamburger ontdekten NGF aan de Universiteit van Washington in de jaren 50 (kregen later de Nobelprijs). Hun experimenten leverden bewijs op dat de doelstellingen een belangrijke rol spelen bij het bepalen van neuronale populaties. Hamburger et al. verwijderde een ledemaatknop van een kuikenembryo, en in latere embryonale stadia, zag hij een opvallende vermindering van het aantal zenuwcellen in de overeenkomstige portains van het ruggenmerg waar de knop werd verwijderd. Daarom leek het erop dat neuronen in het ruggenmerg met elkaar concurreerden om een beperkte chemische bron bij het doel, omdat de oorspronkelijke hoeveelheid “doelverbinding” sterk werd verminderd na amputatie van de ledemaatknop. Echter, neuronen die zouden zijn gestorven werden vervolgens gered door het handmatig verstrekken van de doelgroep trofische factor (in dit geval, door het transplanteren van een ledemaat knop terug naar het embryo). Ter ondersteuning van dit idee, het toevoegen van een extra ledemaat knop aan de embyro resulteerde in een abnormaal groot aantal ledemaat motorneuronen. Levi-Montalcini gebruikte toen een bioassay om het doelmolecuul te isoleren en te karakteriseren: NGF.

meer dan vier decennia werk in verschillende laboratoria hebben aangetoond dat NGF de overleving van cellen en de groei van neurieten bemiddelt (de term neuriet wordt gebruikt om neuronale takken te beschrijven wanneer het onduidelijk is of ze axonen of dendrieten zijn) tussen twee neuronale populaties: sympathische en sensorische (een subpopulatie) ganglions. Waarnemingen van de effecten van NGF als chemotroop molecuul hebben vier criteria gedefinieerd waaraan moet worden voldaan alvorens te concluderen dat een bepaald molecuul een trofische factor is:

1.) Er is de dood van relevante neuronen bij afwezigheid van deze trofische factor;

2.) Er is overleving van een overschot aan neuronen wanneer de niveaus van deze trofische factor worden verhoogd;

3.) Er is aanwezigheid en productie van deze trofische factor in neuronale doelwitten;

4. Er bestaan receptoren voor deze trofische factor in innerverende zenuwuiteinden.Meyer, R. L., 1998, Roger Sperry and his chemoaf_nity hypothesis, Neuropsychologia, 36, 957-980

recente updates van de site: