BIO254: Kemoaffinitet

introduktion

Kemoaffinitetshypotesen foreslår, at aksoner differentielt genkender kemiske signaler produceret af målmatchende celler. På denne måde forbinder neuroner kun til specifikke celler eller grupper af celler. Denne selektive genkendelse er grundlaget for etablering af korrekte funktionelle neuronale forbindelser. Kemoaffinitetshypotesen blev først foreslået af neuropsykologen Roger Sperry (20.August 1913 – 17. April 1994) og er baseret på klassiske eksperimenter udført på frøer.

da Kemoaffinitetshypotesen først blev foreslået, stod den i modsætning til en konkurrerende model kaldet Resonanshypotesen. Resonanshypotesen forudsiger uspecifikke neuronale forbindelser i de tidlige udviklingsstadier. Funktionelle kredsløb oprettes ved aktivitetsafhængig tilslutning af de indledende tilfældige forbindelser. Både klassiske og moderne eksperimenter synes at understøtte Kemoaffinitetshypotesen over Resonanshypotesen, hvilket gør den til den mest accepterede model for neuronale ledninger.

tidlige eksperimenter

i begyndelsen af 1940 udførte Roger Sperry en række eksperimenter på frøens visuelle system. I sine eksperimenter er øjet af en frø adskilt fra den oprindelige forbindelse til tectum, og derefter roteret 180o og re-implanteret. De retinale ganglionceller er i stand til at generere aksoner, der projicerer tilbage til tektum, og genoprette funktionelle synapser. Insterestingly, denne rotation af øjet resulterede i en subjektivt omvendt visuel verden for disse frøer: når tiltrukket af en flue i sin øvre synsfelt, frøen altid lunges nedad. Denne upassende opførsel antydede stærkt, at frøen opfører sig som om hele dens visuelle verden er omvendt.

disse eksperimenter førte til konklusionerne om, at når originale optiske forbindelser blev afbrudt, vokser de regenererende aksoner af nethinden tilbage til deres oprindelige placering i tektum og genopretter disse velorganiserede forbindelser. Baseret på disse konklusioner foreslog Sperry, at rumlige gradienter af kemiske signaler udtrykt af tektale celler sandsynligvis formidler denne proces under udvikling, dvs. hver optisk fiber og hver tektal neuron havde kemiske signaler, der entydigt bestemte deres neuronale type og position, og optiske fibre kunne udnytte disse signaler til selektivt at navigere til deres forudbestemte målcelle. Denne slutning blev efterfølgende formuleret til en generel forklaring på, hvordan neuroner danner velorganiserede forbindelser under udvikling og blev kendt som kemoaffinitetshypotesen.

trofiske interaktioner i Kemoaffinitet

neurotrofisk signalering har to hovedfunktioner: 1) Bestemmelse af overlevelsen af en specifik delmængde af neuroner fra en indledende større population og 2) dannelse og vedligeholdelse af aksonale forbindelser. Neuroner afhænger af et minimum af trofiske faktorer for at overleve og for at bevare deres målforbindelser. Hvis kemoaffinitetshypotesen siger, at nerveceller bærer kemiske mærker for at hjælpe med at bestemme deres forbindelse, hvor og hvornår produceres disse kemiske komponenter? Trofiske faktorer syntetiseres af målvæv og stilles til rådighed for udvikling af neuroner for at styre deres potentielle aksonale vej. Derudover producerer disse mål kun trofiske faktorer i begrænsede mængder, således at udviklende neuroner skal konkurrere om den tilgængelige faktor for at opretholde overlevelse (se Brand sammen, tråd sammen sektion for mere). Et almindeligt studeret trofisk molekyle, nervevækstfaktor (NGF), er et protein, der har givet støtte til ovenstående antagelser om, hvordan aksoner tiltrækkes af målsynapser.

Rita Levi-Montalcini og Viktor Hamburger opdagede NGF på universitetet i 1950 ‘ erne (fik senere Nobelprisen). Deres eksperimenter gav bevis for, at mål spiller en vigtig rolle i bestemmelsen af neuronale populationer. Hamburger et al. fjernet en lemknop fra et kyllingembryo, og på senere embryonale stadier så han en slående reduktion i antallet af nerveceller i de tilsvarende portaler i rygmarven, hvor knoppen blev fjernet. Derfor så det ud til, at neuroner i rygmarven konkurrerede med hinanden om en begrænset kemisk ressource ved målet, da den oprindelige mængde “målforbindelse” blev stærkt reduceret efter amputation af lemmeknoppen. Imidlertid blev neuroner, der ville være døde, reddet ved manuelt at tilvejebringe den måltrofiske faktor (i dette tilfælde ved at transplantere en lemknop tilbage til embryoet). Til støtte for denne ide resulterede tilføjelse af en ekstra lemmer til embyro i et unormalt stort antal lemmer motorneuroner. Levi-Montalcini brugte derefter et bioassay til at isolere og karakterisere målmolekylet: NGF.

mere end fire årtiers arbejde gennem forskellige laboratorier har vist, at NGF medierer celleoverlevelse og neuritvækst (udtrykket neurit bruges til at beskrive neuronale grene, når det er uklart, om de er aksoner eller dendritter) blandt to neuronale populationer: sympatiske og sensoriske (en subpopulation) ganglioner. Observationer af virkningerne af NGF som et kemotrofisk molekyle har defineret fire kriterier, der skal opfyldes, før de konkluderer, at et bestemt molekyle er en trofisk faktor:

1.) Der er død af relevante neuroner i fravær af denne trofiske faktor;

2.) Der er overlevelse af et overskud af neuroner, når niveauerne af denne trofiske faktor forstærkes;

3.) Der er tilstedeværelse og produktion af denne trofiske faktor i neuronale mål;

4.) Der findes receptorer for denne trofiske faktor i innerverende nerveterminaler.

Meyer, R. L., 1998, Roger Sperry og hans kemoaf_nity hypotese, Neuropsychologia, 36, 957-980

seneste opdateringer til hjemmesiden: