BIO254: Chemoafinita

Úvod

hypotéza Chemoafinity navrhuje, aby axony odlišně rozpoznávaly chemické signály produkované buňkami odpovídajícími cílům. Tímto způsobem se neurony připojují pouze ke specifickým buňkám nebo skupinám buněk. Toto selektivní rozpoznávání je základem pro vytvoření správných funkčních neuronálních spojení. Chemoafinitní hypotéza byla poprvé navržena neuropsychologem Rogerem Wolcottem Sperry (20.srpna 1913 – 17. dubna 1994) a je založena na klasických experimentech prováděných na žabách.

když byla poprvé navržena, hypotéza Chemoafinity stála na rozdíl od konkurenčního modelu zvaného rezonanční hypotéza. Rezonanční hypotéza předpovídá nespecifické neuronální spojení během raných vývojových fází. Funkční obvody jsou vytvářeny opětovným zapojením počátečních náhodných spojení závislých na aktivitě. Zdá se, že klasické i moderní experimenty podporují hypotézu Chemoafinity nad hypotézou rezonance, což z něj činí nejrozšířenější model neuronálního zapojení.

rané experimenty

na počátku roku 1940 provedl Roger Sperry řadu experimentů na vizuálním systému žáby. Ve svých experimentech je oko žáby odděleno od původního spojení s tektem a poté otočeno o 180o a znovu implantováno. Gangliové buňky sítnice jsou schopny znovu generovat axony, které se promítají zpět do tekta, a obnovit funkční synapse. Insterestingly, tato rotace oka vedla k subjektivně obrácenému vizuálnímu světu pro tyto žáby: když je přitahována mouchou v horním zorném poli, žába vždy klesá dolů. Toto nevhodné chování silně znamenalo, že žába se chová, jako by byl celý její vizuální svět obrácen.

tyto experimenty vedly k závěrům, že když byly původní optické spoje přerušeny, regenerační axony sítnice rostou zpět na své původní místo v tektu a obnovily tato dobře organizovaná spojení. Na základě těchto závěrů Sperry navrhl, že prostorové gradienty chemických podnětů exprimovaných tektálními buňkami pravděpodobně zprostředkovávají tento proces během vývoje, tj. každé optické vlákno a každý tektální neuron měly chemické podněty, které jednoznačně určovaly jejich neuronální typ a polohu, a optická vlákna mohla tyto podněty využít k selektivní navigaci do předem určené cílové buňky. Tento závěr byl následně formulován do obecného vysvětlení toho, jak neurony vytvářejí dobře organizovaná spojení během vývoje,a stal se známý jako hypotéza chemoafinity.

trofické interakce v Chemoafinitě

neurotrofická signalizace má dvě hlavní funkce: 1) Stanovení přežití specifické podmnožiny neuronů z počáteční větší populace a 2) vytváření a udržování axonálních spojení. Neurony závisí na minimálním množství trofických faktorů, aby přežily a zachovaly své cílové spojení. Pokud hypotéza chemoafinity uvádí, že nervové buňky nesou chemické štítky, které pomáhají určit jejich konektivitu, pak kde a kdy se tyto chemické složky vyrábějí? Trofické faktory jsou syntetizovány cílovými tkáněmi a zpřístupněny vývojovým neuronům, aby vedly jejich potenciální axonální dráhu. Kromě toho tyto cíle produkují trofické faktory pouze v omezeném množství, takže vyvíjející se neurony musí soutěžit o dostupný faktor, aby si udržely přežití (více viz část Fire Together, Wire Together). Jedna běžně studovaná trofická molekula, nervový růstový faktor (NGF), je protein, který podpořil výše uvedené předpoklady o tom, jak jsou axony přitahovány k cílovým synapsím.

Rita Levi-Montalcini a Viktor Hamburger objevili NGF na Washingtonské univerzitě v roce 1950 (později dostali Nobelovu cenu). Jejich experimenty poskytly důkaz, že cíle hrají hlavní roli při určování neuronálních populací. Hamburger a kol. odstranil pupen končetiny z kuřecího embrya a v pozdějších embryonálních stádiích viděl výrazné snížení počtu nervových buněk v odpovídajících portách míchy, kde byl pupen odstraněn. Zdálo se tedy, že neurony v míše si navzájem konkurovaly o omezený chemický zdroj v cíli, protože původní množství „cílové sloučeniny“bylo po amputaci pupenu končetiny značně sníženo. Neurony, které by zemřely, však byly zachráněny ručním poskytnutím cílového trofického faktoru (v tomto případě transplantací pupenu končetiny zpět do embrya). Na podporu této myšlenky, přidání extra končetiny pupen do embyro vedlo k abnormálně velkému počtu motorických neuronů končetin. Levi-Montalcini pak použil biologickou zkoušku k izolaci a charakterizaci cílové molekuly: NGF.

více než čtyři desetiletí práce v různých laboratořích prokázaly, že NGF zprostředkovává přežití buněk a růst neuritů (termín neurit se používá k popisu neuronálních větví, když není jasné, zda se jedná o axony nebo dendrity) mezi dvěma neuronálními populacemi: sympatickými a senzorickými (subpopulačními) gangliony. Pozorování účinků NGF jako chemotrofní molekuly definovala čtyři kritéria, která musí být splněna před závěrem, že určitá molekula je trofickým faktorem:

1.) Existuje smrt relevantních neuronů v nepřítomnosti tohoto trofického faktoru;

2.) Existuje přežití přebytku neuronů, když jsou hladiny tohoto trofického faktoru zvýšeny;

3.) Existuje přítomnost a produkce tohoto trofického faktoru v neuronálních cílech;

4.) Existují receptory pro tento trofický faktor v inervačních nervových terminálech.

Meyer, R. L., 1998, Roger Sperry a jeho hypotéza chemoaf_nity, neuropsychologie, 36, 957-980

Poslední aktualizace webu: