BIO254:Chemoaffinity

Introduction

Chemoaffinity仮説は、軸索が標的マッチング細胞によって産生される化学シグナルを差動的に認識することを提案している。 このようにして、ニューロンは特定の細胞または細胞群にのみ接続する。 この選択的認識は、適切な機能的神経接続を確立するための基礎である。 化学親和性仮説は、神経心理学者Roger Wolcott Sperry（1913年8月20日-1994年4月17日）によって最初に提案され、カエルで行われた古典的な実験に基づいています。

最初に提案されたとき、化学親和性仮説は共鳴仮説と呼ばれる競合モデルとは対照的に立っていた。 共鳴仮説は、初期の発達段階の間に非特異的な神経の接続を予測する。 機能回路は最初の任意関係の活動の依存した再配線によって作成される。 古典的な実験と現代的な実験の両方が共鳴仮説よりも化学親和性仮説を支持しているようであり、神経配線の最も広く受け入れられているモデルとなっている。

初期の実験

1940年初頭、Roger Sperryはカエルの視覚システムに関する一連の実験を行った。 彼の実験では、カエルの目は、テクタムへの元の接続から切断され、その後、180°回転し、再移植されます。 網膜神経節細胞は、テクタムに戻って投影軸索を再生成し、機能的なシナプスを再確立することができます。 その代わりに、目のこの回転は、これらのカエルのための主観的に反転した視覚世界をもたらした：その上部視野でハエに魅了されたとき、カエルは常に下 この不適切な行動は、カエルが視覚的な世界全体が反転しているかのように振る舞うことを強く暗示しています。

これらの実験は、元の視神経の接続が切断されたとき、網膜の再生軸索がテクタム内の元の位置に戻って成長し、これらのよく組織化された接続を再確立するという結論につながった。 これらの結論に基づいて、スペリーは、構造細胞によって発現される化学的手がかりの空間勾配が、発達中にこのプロセスを仲介する可能性が高い、すなわ 各視神経線維と各構造ニューロンは、それらのニューロンのタイプと位置を一意に決定する化学的手がかりを有し、視神経線維はこれらの手がかりを利用して所定の標的細胞に選択的にナビゲートすることができた。 この推論は、その後、発達中にニューロンがどのように組織化された接続を形成するかの一般的な説明に定式化され、化学親和性仮説として知られるようになった。

化学親和性における栄養相互作用

神経栄養シグナリングには二つの主要な機能があります: 1)最初のより大きい人口からのニューロンの特定のサブセットの存続を決定し、2)軸索の関係を形作り、維持する。 ニューロンは、生存するために、そのターゲット接続を維持するための栄養因子の最小量に依存します。 Chemoaffinity仮説は、神経細胞がそれらの接続性を決定するのに役立つ化学ラベルを負うと述べている場合、これらの化学成分はいつどこで産生されますか？ 栄養因子は、標的組織によって合成され、それらの潜在的な軸索経路を導くために、発達中のニューロンに利用可能にされる。 さらに、これらの標的は限られた量でのみ栄養因子を産生するため、発達中のニューロンは生存を維持するために利用可能な因子を競合しなければならない（詳細はFire Together、Wire Togetherのセクションを参照）。 一般的に研究されている栄養分子の1つである神経成長因子（NGF）は、軸索が標的シナプスにどのように引き付けられるかの上記の仮定を支持しているタンパク質である。

Rita Levi-MontalciniとViktor Hamburgerは1950年代にワシントン大学でNGFを発見した（後にノーベル賞を受賞した）。 彼らの実験は、標的が神経集団を決定する上で主要な役割を果たすという証拠を提供した。 ハンバーガー・エトアル。 ニワトリの胚から四肢の芽を除去し、後の胚の段階で、彼は芽が除去された脊髄の対応する門の神経細胞の数が顕著に減少するのを見た。 したがって、脊髄のニューロンは、四肢の芽の切断後に”標的化合物”の元の量が大幅に減少したため、標的での限られた化学資源のために互いに競合していたようであった。 しかし、死んでいたであろうニューロンは、手動で目標栄養因子を提供することによって救出された（この場合、胚に戻って手足の芽を移植することによ このアイデアを支持するために、エンバイロに余分な四肢芽を追加すると、異常に多数の四肢運動ニューロンが生じた。 その後、Levi-Montalciniはバイオアッセイを使用して標的分子NGFを単離し、特性化しました。

40年以上にわたり、様々な研究室でngfが細胞の生存と神経突起の成長を仲介することが実証されています（神経突起という用語は、軸索か樹状突起かが不明確なときに神経細胞の枝を記述するために使用されます）。 走化性分子としてのNGFの影響の観察は、特定の分子が栄養因子であると結論づける前に満たされなければならない4つの基準を定義している：

1。）この栄養因子が存在しない場合、関連するニューロンの死がある。

2。）この栄養因子のレベルが増加すると、余剰のニューロンの生存があります。

3。)神経標的にはこの栄養因子の存在と産生がある;

4.）神経支配神経終末にこの栄養因子の受容体が存在する。

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

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