BIO254: Chemoaffinity

wprowadzenie

hipoteza Chemoaffinity sugeruje, że aksony różnicowo rozpoznają sygnały chemiczne wytwarzane przez docelowe komórki dopasowujące. W ten sposób neurony łączą się tylko z określonymi komórkami lub grupami komórek. To selektywne rozpoznawanie jest podstawą do ustanowienia prawidłowych funkcjonalnych połączeń neuronalnych. Hipoteza Chemoaffinity została po raz pierwszy zaproponowana przez neuropsychologa Rogera Wolcotta Sperry ’ ego (20 sierpnia 1913 – 17 kwietnia 1994) i opiera się na klasycznych eksperymentach przeprowadzanych na żabach.

kiedy po raz pierwszy zaproponowano, hipoteza Chemoaffinity stała w przeciwieństwie do konkurencyjnego modelu zwanego hipotezą rezonansową. Hipoteza rezonansowa przewiduje niespecyficzne połączenia neuronalne we wczesnych stadiach rozwoju. Obwody funkcjonalne są tworzone przez zależne od aktywności ponowne okablowanie początkowych połączeń losowych. Zarówno klasyczne, jak i nowoczesne eksperymenty zdają się wspierać hipotezę Chemoaffinity nad hipotezą rezonansu, czyniąc ją najczęściej akceptowanym modelem okablowania neuronalnego.

wczesne eksperymenty

na początku 1940 roku Roger Sperry przeprowadził serię eksperymentów dotyczących układu wzrokowego żaby. W jego eksperymentach oko żaby zostaje odcięte od pierwotnego połączenia z tektum, a następnie obrócone o 180o i ponownie wszczepione. Komórki zwoju siatkówki są w stanie ponownie wygenerować aksony, które przenoszą się z powrotem do tektum i ponownie ustanawiają funkcjonalne synapsy. Co ciekawe, rotacja oka skutkowała subiektywnie odwróconym światem wizualnym dla tych żab: kiedy przyciąga je mucha w swoim górnym polu widzenia, żaba zawsze rzuca się w dół. To niewłaściwe zachowanie silnie sugerowało, że żaba zachowuje się tak, jakby cały jej świat wizualny był odwrócony.

te eksperymenty doprowadziły do wniosku, że po zerwaniu oryginalnych połączeń wzrokowych regenerujące aksony siatkówki odrastają do pierwotnej lokalizacji w tektum i przywracają te dobrze zorganizowane połączenia. Na podstawie tych wniosków Sperry zaproponował, że przestrzenne gradienty sygnałów chemicznych wyrażanych przez komórki tektalne prawdopodobnie pośredniczą w tym procesie podczas rozwoju, tj. każdy światłowód i każdy neuron tektoniczny posiadał sygnały chemiczne, które jednoznacznie określały ich typ i pozycję neuronów, a włókna światłowodowe mogły wykorzystać te sygnały do selektywnej nawigacji do wcześniej określonej komórki docelowej. Wniosek ten został następnie sformułowany w ogólnym wyjaśnieniu, w jaki sposób neurony tworzą dobrze zorganizowane połączenia podczas rozwoju i stał się znany jako hipoteza chemoaffinity.

interakcje troficzne w Chemioaffinity

sygnalizacja Neurotroficzna pełni dwie główne funkcje: 1) określenie przeżycia określonej podgrupy neuronów z początkowej większej populacji oraz 2) tworzenie i utrzymywanie połączeń aksonalnych. Neurony zależą od minimalnej ilości czynników troficznych, aby przetrwać i zachować swoje docelowe połączenia. Jeśli hipoteza chemoaffinity stwierdza, że komórki nerwowe noszą etykiety chemiczne, które pomagają określić ich łączność, to gdzie i kiedy są produkowane te składniki chemiczne? Czynniki troficzne są syntetyzowane przez tkanki docelowe i udostępniane rozwijającym się neuronom w celu kierowania ich potencjalnym szlakiem aksonalnym. Ponadto cele te wytwarzają czynniki troficzne tylko w ograniczonych ilościach, tak że rozwijające się neurony muszą konkurować o Dostępny czynnik, aby utrzymać przetrwanie(zobacz sekcję ogień razem, drut razem, aby uzyskać więcej). Jedna z powszechnie badanych cząsteczek troficznych, nerve growth factor (NGF), jest białkiem, które potwierdziło powyższe założenia dotyczące przyciągania aksonów do synaps docelowych.

Rita Levi-Montalcini i Viktor Hamburger odkryli NGF na Uniwersytecie Waszyngtońskim w latach 50. (później otrzymali Nagrodę Nobla). Ich eksperymenty dostarczyły dowodów na to, że cele odgrywają ważną rolę w określaniu populacji neuronalnych. Hamburger i in. usunął pączek kończyny z zarodka pisklęcia, a w późniejszych stadiach embrionalnych widział uderzające zmniejszenie liczby komórek nerwowych w odpowiednich portains rdzenia kręgowego, gdzie pączek został usunięty. Stąd wydawało się, że neurony w rdzeniu kręgowym konkurują ze sobą o ograniczone zasoby chemiczne w celu, ponieważ pierwotna ilość „związku docelowego” została znacznie zmniejszona po amputacji pąka kończyny. Jednak neurony, które umarłyby, zostały następnie uratowane przez ręczne dostarczenie docelowego czynnika troficznego (w tym przypadku przez przeszczepianie pąka kończyny z powrotem do zarodka). Na poparcie tego pomysłu, dodanie dodatkowego pąka kończyny do embyro spowodowało nienormalnie dużą liczbę neuronów ruchowych kończyn. Następnie Levi-Montalcini użył testu biologicznego do wyizolowania i scharakteryzowania cząsteczki docelowej: NGF.

ponad cztery dekady pracy w różnych laboratoriach wykazały, że NGF pośredniczy w przeżywaniu komórek i wzroście neurytu (termin neuryt jest używany do opisu gałęzi neuronalnych, gdy nie jest jasne, czy są to aksony, czy dendryty) wśród dwóch populacji neuronalnych: zwojów współczulnych i czuciowych (subpopulacja). Obserwacje wpływu NGF jako cząsteczki chemotroficznej zdefiniowały cztery kryteria, które muszą być spełnione przed stwierdzeniem, że dana cząsteczka jest czynnikiem troficznym:

1.) Jest śmierć odpowiednich neuronów w przypadku braku tego czynnika troficznego;

2.

3.) Jest obecność i produkcja tego czynnika troficznego w celach neuronalnych;

4.) Istnieją receptory dla tego czynnika troficznego w unerwianiu zacisków nerwowych.

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

Ostatnie aktualizacje strony: