BIO254: Kemoaffiniteetti

Johdanto

Kemoaffiniteettihypoteesi esittää, että aksonit tunnistavat eri tavoin kohdesovitussolujen tuottamat kemialliset signaalit. Näin hermosolut kytkeytyvät vain tiettyihin soluihin tai soluryhmiin. Tämä selektiivinen tunnistaminen on perusta kunnollisten toiminnallisten hermosoluyhteyksien muodostamiselle. Kemoaffiniteettihypoteesin esitti ensimmäisenä neuropsykologi Roger Wolcott Sperry (20.elokuuta 1913 – 17. huhtikuuta 1994), ja se perustuu klassisiin sammakoilla tehtyihin kokeisiin.

kun ensimmäistä kertaa ehdotettiin, Kemoaffiniteettihypoteesi oli vastakohta kilpailevalle mallille, jota kutsuttiin Resonanssihypoteesiksi. Resonanssihypoteesi ennustaa epäspesifisiä hermosolujen yhteyksiä varhaisessa kehitysvaiheessa. Funktionaaliset piirit syntyvät alkuperäisen satunnaisyhteyden aktiivisuusriippuvaisesta uudelleenjohdosta. Sekä klassiset että modernit kokeet näyttävät tukevan Kemoaffiniteettihypoteesia Resonanssihypoteesin sijaan, mikä tekee siitä laajimmin hyväksytyn hermokaapeloinnin mallin.

varhaiset kokeet

vuoden 1940 alussa Roger Sperry suoritti sarjan kokeita sammakon näköjärjestelmällä. Hänen kokeissaan sammakon silmä irrotetaan alkuperäisestä yhteydestä tektumiin, minkä jälkeen se käännetään 180o ja istutetaan uudelleen. Verkkokalvon ganglionisolut pystyvät tuottamaan aksoneja, jotka projisoituvat takaisin tektumiin, ja palauttamaan toiminnalliset synapsit. Silmän pyöriminen aiheutti sammakoille subjektiivisesti toisinpäin kääntyneen näkömaailman: kun Kärpänen vetää puoleensa ylempää näkökenttäänsä, sammakko syöksyy aina alaspäin. Tämä epäasiallinen käytös viittasi vahvasti siihen, että sammakko käyttäytyy ikään kuin sen koko visuaalinen maailma olisi ylösalaisin.

nämä kokeet johtivat siihen johtopäätökseen, että kun alkuperäiset Optiset yhteydet katkesivat, verkkokalvon uudistuvat aksonit kasvavat takaisin alkuperäiseen sijaintiinsa tektumissa ja palauttavat nämä hyvin organisoidut yhteydet. Näiden päätelmien perusteella Sperry ehdotti, että tektaalikennojen ilmaisemien kemikaalien spatiaaliset gradientit todennäköisesti välittävät tätä prosessia kehityksen aikana, ts. jokaisella optisella kuidulla ja jokaisella tektaalisella hermosolulla oli kemiallisia vihjeitä, jotka määrittivät yksilöllisesti niiden hermosolutyypin ja sijainnin, ja optiset kuidut pystyivät käyttämään näitä vihjeitä valikoivasti suunnistaakseen ennalta määrättyyn kohdesoluunsa. Tämä päätelmä muotoiltiin myöhemmin yleiseksi selitykseksi siitä, miten neuronit muodostavat hyvin järjestäytyneitä yhteyksiä kehityksen aikana, ja sitä alettiin kutsua kemoaffiniteettihypoteesiksi.

trofiset interaktiot Kemoaffiniteetissa

Neurotrofisella signaloinnilla on kaksi päätehtävää: 1) tietyn neuronien osajoukon selviytymisen määrittäminen alkuperäisestä suuremmasta populaatiosta ja 2) aksonaalisten yhteyksien muodostaminen ja ylläpitäminen. Neuronit ovat riippuvaisia vähimmäismäärästä troofisia tekijöitä selviytyäkseen ja säilyttääkseen kohdeyhteytensä. Jos kemoaffiniteettihypoteesin mukaan hermosoluissa on kemialliset merkinnät, jotka auttavat määrittämään niiden yhteyden, niin missä ja milloin näitä kemiallisia komponentteja tuotetaan? Trofiatekijät syntetisoidaan kohdekudoksilla ja asetetaan kehittyvien neuronien saataville niiden mahdollisen aksoniradan ohjaamiseksi. Lisäksi nämä kohteet tuottavat troofisia tekijöitä vain rajoitetusti, niin että kehittyvien neuronien on kilpailtava käytettävissä olevasta tekijästä eloonjäämisen ylläpitämiseksi (katso Fire Together, Wire Together-osiosta Lisää). Yksi yleisesti tutkittu troofinen molekyyli, hermokasvutekijä (NGF), on proteiini, joka on antanut tukea edellä esitetyille oletuksille siitä, miten aksonit vetävät puoleensa kohdesynapseja.

Rita Levi-Montalcini ja Viktor Hamburger löysivät NGF: n Washingtonin yliopistossa 1950-luvulla (sai myöhemmin Nobelin palkinnon). Heidän kokeensa osoittivat, että kohteilla on merkittävä rooli hermosolupopulaatioiden määrittämisessä. Hamburger ym. hän poisti poikasen alkiosta raajan, ja myöhemmissä alkiovaiheissa hän näki, että hermosolujen määrä selkäytimen vastaavissa portaineissa, joista nuppu poistettiin, väheni huomattavasti. Siksi näytti siltä, että selkäytimen hermosolut kilpailivat keskenään rajallisesta kemiallisesta resurssista kohteessa, koska ”kohdeyhdisteen” alkuperäinen määrä väheni huomattavasti raajan Budin amputoinnin jälkeen. Sen jälkeen kuitenkin ne hermosolut, jotka olisivat kuolleet, pelastettiin antamalla manuaalisesti kohdevedollinen tekijä (tässä tapauksessa siirtämällä raajan nuppu takaisin alkioon). Tämän ajatuksen tueksi embyroon lisättiin ylimääräinen raajanuppu, mikä johti poikkeuksellisen suureen määrään raajamotoneuroneja. Levi-Montalcini käytti sitten biologista määritystä kohdemolekyyli NGF: n eristämiseksi ja luonnehtimiseksi.

yli neljän vuosikymmenen työ eri laboratorioissa on osoittanut, että NGF välittää solujen eloonjäämistä ja neuriittien kasvua (termiä neuriitti käytetään kuvaamaan neuronaalisia haaroja silloin, kun on epäselvää, ovatko ne aksoneja vai dendriittejä) kahden hermosolupopulaation välillä: sympaattinen ja sensorinen ganglio. NGF: n vaikutuksista kemotrofisena molekyylinä tehdyissä havainnoissa on määritelty neljä kriteeriä, jotka on täytettävä ennen kuin voidaan päätellä, että tietty molekyyli on troofinen tekijä:

1.) Relevantit neuronit kuolevat, jos tätä trofiatekijää ei ole;

2.) Neuronien ylijäämä säilyy elossa, kun tämän troofisen tekijän tasoja lisätään;

3.) Tämä trofiatekijä esiintyy ja muodostuu neuronaalisissa kohteissa;

4.) Tälle trofiatekijälle on olemassa reseptoreita hermopäätteiden innervatoinnissa.

Meyer, R. L., 1998, Roger Sperry and his chemoaf_nity hypothesis, Neuropsychologia, 36, 957-980

viimeisimmät päivitykset sivustolle: