BIO254: Kemoaffinitás

Bevezetés

a Kemoaffinitás hipotézise azt sugallja, hogy az axonok differenciálisan felismerik a célillesztő sejtek által előállított kémiai jeleket. Ily módon az idegsejtek csak meghatározott sejtekhez vagy sejtcsoportokhoz kapcsolódnak. Ez a szelektív felismerés az alapja a megfelelő funkcionális neuronális kapcsolatok kialakításának. A Chemoaffinity hipotézist először Roger Wolcott Sperry neuropszichológus javasolta (augusztus 20, 1913 – április 17, 1994), és a békákon végzett klasszikus kísérleteken alapul.

amikor először javasolták, a Kemoaffinitás hipotézise ellentétben állt a rezonancia hipotézisnek nevezett versengő modellel. A rezonancia hipotézis előrejelzi a nem specifikus neuronális kapcsolatokat a korai fejlődési szakaszban. A funkcionális áramköröket a kezdeti véletlenszerű kapcsolatok tevékenységfüggő újravezetése hozza létre. Úgy tűnik, hogy mind a klasszikus, mind a modern kísérletek alátámasztják a Kemoaffinitás hipotézisét a rezonancia hipotézis felett, így ez a neuronális huzalozás legszélesebb körben elfogadott modellje.

korai kísérletek

1940 elején Roger Sperry kísérleteket végzett a béka vizuális rendszerén. Kísérletei során a béka szemét leválasztják az eredeti kapcsolatról a tektummal, majd 180o-val elforgatják és újra beültetik. A retina ganglionsejtek képesek újra generálni az axonokat, amelyek a tektumba nyúlnak vissza, és helyreállítják a funkcionális szinapszisokat. Insterestingly, ez a szemforgatás szubjektíven fordított vizuális világot eredményezett ezeknek a békáknak: amikor a felső látómezőjében egy légy vonzza, a béka mindig lefelé halad. Ez a nem megfelelő viselkedés erősen azt jelentette, hogy a béka úgy viselkedik, mintha az egész vizuális világa megfordul.

ezek a kísérletek arra a következtetésre vezettek, hogy amikor az eredeti optikai kapcsolatok megszakadtak, a retina regeneráló axonjai visszatérnek eredeti helyükre a tektumban, és helyreállítják ezeket a jól szervezett kapcsolatokat. E következtetések alapján Sperry azt javasolta, hogy a tektális sejtek által kifejezett kémiai jelek térbeli gradiensei valószínűleg közvetítsék ezt a folyamatot a fejlődés során, azaz. minden optikai szál és minden tektális neuron kémiai jelekkel rendelkezett, amelyek egyedileg meghatározták neuronális típusukat és helyzetüket, és az optikai szálak ezeket a jeleket felhasználhatják az előre meghatározott célsejtjükhöz való szelektív navigáláshoz. Ezt a következtetést később általános magyarázatként fogalmazták meg arról, hogy a neuronok hogyan alakulnak ki jól szervezett kapcsolatok a fejlődés során, és a kemoaffinitás hipotéziseként vált ismertté.

trofikus kölcsönhatások a Kemoaffinitásban

a neurotróf jelzésnek két fő funkciója van: 1) a kezdeti nagyobb populációból származó neuronok egy meghatározott részhalmazának túlélésének meghatározása, és 2) axonális kapcsolatok kialakítása és fenntartása. A neuronok minimális mennyiségű trofikus tényezőtől függenek a túléléshez és a célkapcsolatok megőrzéséhez. Ha a kemoaffinitás hipotézise azt állítja, hogy az idegsejtek kémiai címkéket viselnek, amelyek segítenek meghatározni kapcsolatukat, akkor hol és mikor keletkeznek ezek a kémiai összetevők? A trofikus faktorokat a célszövetek szintetizálják, és elérhetővé teszik a fejlődő neuronok számára, hogy irányítsák potenciális axonális útvonalukat. Ezenkívül ezek a célok csak korlátozott mennyiségben termelnek trofikus tényezőket, így a fejlődő idegsejteknek versenyezniük kell a rendelkezésre álló tényezőért a túlélés fenntartása érdekében (lásd: tűz együtt, huzal együtt szakasz többet). Az egyik általánosan tanulmányozott trofikus molekula, az ideg növekedési faktor (NGF) egy olyan fehérje, amely alátámasztotta a fenti feltételezéseket arról, hogy az axonok hogyan vonzódnak a célszinapszisokhoz.

Rita Levi-Montalcini és Viktor Hamburger fedezte fel az NGF-et a Washingtoni Egyetemen az 1950-es években (később Nobel-díjat kapott). Kísérleteik bizonyítékot szolgáltattak arra, hogy a célok nagy szerepet játszanak az idegpopulációk meghatározásában. Hamburger et al. eltávolított egy végtagrügyet egy csaj embriójából, majd a későbbi embrionális szakaszokban feltűnően csökkentette az idegsejtek számát a gerincvelő megfelelő portainjaiban, ahol a rügyet eltávolították. Ezért úgy tűnt, hogy a gerincvelő neuronjai versenyeztek egymással a korlátozott kémiai erőforrásért a célnál, mivel a “célvegyület” eredeti mennyisége jelentősen csökkent a végtagrügy amputációját követően. Az elpusztult idegsejteket azonban megmentették a cél trofikus faktor kézi biztosításával (ebben az esetben egy végtagrügy átültetésével az embrióba). Ennek az ötletnek az alátámasztására egy extra végtagrügy hozzáadása az embyro-hoz rendellenesen nagy számú végtagmotoros neuront eredményezett. Levi-Montalcini ezután bioassay-t használt a célmolekula izolálására és jellemzésére: NGF.

több mint négy évtizedes munka során különböző laboratóriumokban kimutatták, hogy az NGF közvetíti a sejtek túlélését és a neurit növekedését (a neurit kifejezést a neuronális ágak leírására használják, amikor nem világos, hogy axonok vagy dendritek) két neuronális populáció között: szimpatikus és szenzoros (egy szubpopuláció) ganglionok. Az NGF mint kemotróf molekula hatásainak megfigyelései négy kritériumot határoztak meg, amelyeknek teljesülniük kell, mielőtt megállapítanák, hogy egy bizonyos molekula trofikus tényező:

1.) Ennek a trofikus faktornak a hiányában a releváns neuronok elhalnak;

2.) A neuronok feleslege fennmarad, ha ennek a trofikus faktornak a szintje megnő;

3.) Jelen van és termelődik ez a trofikus faktor a neuronális célpontokban;

4.) Léteznek receptorok erre a trofikus tényezőre az idegvégződések beidegzésében.

Meyer, R. L., 1998, Roger Sperry és chemoaf_nity hipotézise, Neuropsychologia, 36, 957-980

a webhely legújabb frissítései: