BIO254: Kjemoaffinitetshypotesen

Innledning

Kjemoaffinitetshypotesen foreslår at aksoner differensielt gjenkjenner kjemiske signaler produsert av målsamsvarende celler. På denne måten kobler nevroner bare til bestemte celler eller grupper av celler. Denne selektive anerkjennelsen er grunnlaget for å etablere riktige funksjonelle nevronforbindelser. Kjemoaffinitetshypotesen ble først foreslått Av nevropsykologen Roger Wolcott Sperry (20. August 1913-17. April 1994), og er basert på klassiske eksperimenter utført på frosker.

Da Det først ble foreslått, sto Kjemoaffinitetshypotesen i kontrast til en konkurrerende modell kalt Resonanshypotesen. Resonanshypotesen forutsier ikke-spesifikke nevronforbindelser i tidlige utviklingsstadier. Funksjonelle kretser er opprettet av aktivitetsavhengig rewiring av de første tilfeldige tilkoblingene. Både klassiske og moderne eksperimenter synes å støtte Kjemoaffinitetshypotesen over Resonanshypotesen, noe som gjør Den til den mest aksepterte modellen for nevronale ledninger.

Tidlige Eksperimenter

Tidlig i 1940 utførte Roger Sperry en rekke eksperimenter på froskens visuelle system. I sine eksperimenter blir øyet av en frosk kuttet fra den opprinnelige forbindelsen til tektumet, og deretter rotert 180o og re-implantert. Retinale ganglionceller er i stand til å re-generere axoner som projiserer tilbake til tektumet, og reetablere funksjonelle synapser. Insterestingly resulterte denne rotasjonen av øyet i en subjektivt invertert visuell verden for disse froskene: når tiltrukket av en flue i sitt øvre synsfelt, lunges frosken alltid nedover. Denne upassende oppførselen innebar sterkt at frosken oppfører seg som om hele sin visuelle verden er omvendt.

disse forsøkene førte til konklusjonene at når originale optiske tilkoblinger ble kuttet, vokser de regenererende axonene i netthinnen tilbake til sin opprinnelige plassering i tektumet og reetablerer disse velorganiserte forbindelsene. Basert på disse konklusjonene foreslo Sperry at romlige gradienter av kjemiske signaler uttrykt av tektalceller sannsynligvis medierer denne prosessen under utvikling, dvs. hver optisk fiber og hver tektal neuron hadde kjemiske signaler som unikt bestemte deres neuronal type og posisjon og optiske fibre kunne utnytte disse signalene til selektivt å navigere til deres forhåndsbestemte målcelle. Denne slutningen ble senere formulert til en generell forklaring på hvordan nevroner danner velorganiserte forbindelser under utvikling og ble kjent som kjemoaffinitetshypotesen.

Trofiske Interaksjoner I Kjemoaffinitet

Nevrotrofisk signalering har to hovedfunksjoner: 1) bestemme overlevelsen av en bestemt delmengde av nevroner fra en innledende større populasjon, og 2) danner og opprettholder aksonale forbindelser. Nevroner er avhengige av et minimum av trofiske faktorer for å overleve og for å bevare deres målforbindelser. Hvis kjemoaffinitetshypotesen sier at nerveceller bærer kjemiske etiketter for å bestemme deres tilkobling, så hvor og når produseres disse kjemiske komponentene? Trofiske faktorer syntetiseres av målvev og gjøres tilgjengelig for å utvikle nevroner for å veilede deres potensielle aksonale vei. I tillegg produserer disse målene trofiske faktorer bare i begrensede mengder, slik at utviklende nevroner må konkurrere om den tilgjengelige faktoren for å opprettholde overlevelse (Se Brann Sammen, Tråd Sammen seksjon for mer). Et vanlig studert trofisk molekyl, nervevekstfaktor (NGF), er et protein som har gitt støtte til de ovennevnte antagelsene om hvordan aksoner tiltrekkes til målsynapser.

Rita Levi-Montalcini og Viktor Hamburger oppdaget NGF ved Washington University på 1950-tallet (senere Fikk Nobelprisen). Deres eksperimenter ga bevis på at målene spiller en viktig rolle i å bestemme nevronpopulasjoner. Hamburger et al. fjernet en lem knopp fra en chick embryo, og på senere embryonale stadier, så han en slående reduksjon i antall nerveceller i de tilsvarende portains i ryggmargen hvor knoppen ble fjernet. Derfor virket det som om nevroner i ryggmargen konkurrerte med hverandre for en begrenset kjemisk ressurs ved målet, siden den opprinnelige mengden «målforbindelse» ble sterkt redusert etter amputasjon av lemknoppen. Imidlertid ble nevroner som ville ha dødd, reddet ved manuelt å gi måltrofofaktoren (i dette tilfellet ved å transplantere en lemknopp tilbake til embryoet). Til støtte for denne ideen resulterte tilsetning av en ekstra lemknopp til embyro i et unormalt stort antall lemmotoriske nevroner. Levi-Montalcini brukte deretter en bioassay for å isolere OG karakterisere målmolekylet: NGF.

Mer enn fire tiår med arbeid gjennom ulike laboratorier har vist AT NGF medierer celleoverlevelse og neurittvekst (begrepet neuritt brukes til å beskrive nevrongrener når det er uklart om de er aksoner eller dendriter) blant to neuronale populasjoner: sympatiske og sensoriske (en subpopulasjon) ganglioner. Observasjoner av EFFEKTENE AV NGF som et kjemotrofisk molekyl har definert fire kriterier som må oppfylles før man konkluderer med at ET bestemt molekyl er en trofisk faktor:

1.) Det er død av relevante nevroner i fravær av denne trofiske faktoren;

2.) Det er overlevelse av et overskudd av nevroner når nivåene av denne trofiske faktoren økes;

3.) Det er tilstedeværelse og produksjon av denne trofiske faktoren i nevronmål;

4.) Det finnes reseptorer for denne trofiske faktoren i innervating nerveterminaler.

Meyer, R. L., 1998, Roger Sperry og hans chemoaf_nity hypotese, Neuropsykologi, 36, 957-980

Nylige oppdateringer til nettstedet: