BIO254: Chemoafinidade

introdução

a hipótese da Quimioafinidade propõe que os axônios reconhecem diferentemente os sinais químicos produzidos pelas células alvo correspondentes. Desta forma, os neurônios se conectam apenas a células específicas ou grupos de células. Este reconhecimento seletivo é a base para estabelecer conexões neuronais funcionais adequadas. A hipótese da quimio – afinidade foi proposta pela primeira vez pelo neuropsicólogo Roger Wolcott Sperry (20 de agosto de 1913-17 de abril de 1994), e é baseada em experimentos clássicos realizados em rãs.

quando foi proposta pela primeira vez, a hipótese da quimio-afinidade estava em contraste com um modelo concorrente chamado de hipótese de ressonância. A hipótese de ressonância prevê conexões neuronais não específicas durante os estágios iniciais do desenvolvimento. Os Circuitos funcionais são criados pela religação dependente da actividade das ligações aleatórias iniciais. Tanto os experimentos clássicos quanto os modernos parecem apoiar a hipótese da quimio-afinidade sobre a hipótese da ressonância, tornando-a o modelo mais amplamente aceito de cablagem neuronal.No início de 1940, Roger Sperry realizou uma série de experiências no sistema visual de rã. Em seus experimentos, o olho de um sapo é cortado da conexão original com o tectum, e então girado 180o e re-implantado. As células do gânglio retiniano são capazes de re-gerar axônios que projetam de volta para o tectum, e re-estabelecer sinapses funcionais. Insterestingly, this rotation of the eye resulted in a subjectively inverted visual world for these frogs: when attracted by a fly in its upper visual field, the frog always lunges Downward. Este comportamento inapropriado implicava fortemente que o sapo se comporta como se todo o seu mundo visual estivesse invertido.Estes experimentos levaram às conclusões de que quando as conexões ópticas originais foram cortadas, os axônios regeneradores da retina crescem de volta à sua localização original no tectum e restabelecem essas conexões bem organizadas. Com base nestas conclusões, Sperry propôs que gradientes espaciais de cunhas químicas expressas por células tectais provavelmente mediam este processo durante o desenvolvimento, i.e. cada fibra óptica e cada neurônio tectal possuíam sinais químicos que determinavam unicamente seu tipo e posição neuronais e as fibras ópticas poderiam utilizar esses sinais para navegar seletivamente para sua célula alvo predeterminada. Esta inferência foi posteriormente formulada em uma explicação geral de como os neurônios formam conexões bem organizadas durante o desenvolvimento e tornou-se conhecida como a hipótese da quimio-afinidade.

interações tróficas na Quimioafinidade

a sinalização neurotrófica tem duas funções principais:: 1) Determinar a sobrevivência de um subconjunto específico de neurônios a partir de uma população inicial maior, e 2) formar e manter conexões axonais. Os neurônios dependem de uma quantidade mínima de fatores tróficos para sobreviver e para preservar suas conexões alvo. Se a hipótese da quimio-afinidade afirma que as células nervosas possuem rótulos químicos para ajudar a determinar a sua conectividade, então onde e quando esses componentes químicos são produzidos? Os factores tróficos são sintetizados pelos tecidos-alvo e disponibilizados para o desenvolvimento de neurónios, a fim de orientar a sua potencial via axonal. Além disso, estes alvos produzem fatores tróficos apenas em quantidades limitadas, de modo que os neurônios em desenvolvimento devem competir pelo fator disponível para manter a sobrevivência (ver o fogo em conjunto, fio em conjunto seção para mais). Uma molécula trófica comumente estudada, o Fator de crescimento do nervo (NGF), é uma proteína que tem dado suporte às suposições acima de como axônios são atraídos para sinapses alvo. Rita Levi-Montalcini e Viktor Hamburger descobriram a NGF na Universidade de Washington na década de 1950. Suas experiências provaram que os alvos desempenham um papel importante na determinação das populações neuronais. Hamburger et al. removeu um broto de um membro de um embrião de Pinto, e em estágios embrionários posteriores, ele viu uma redução impressionante no número de células nervosas nas portas correspondentes da medula espinhal onde o broto foi removido. Assim, parecia que os neurônios na medula espinhal competiam entre si por um recurso químico limitado no alvo, uma vez que a quantidade original de “composto alvo” foi muito reduzida após a amputação do broto do membro. No entanto, os neurônios que teriam morrido foram resgatados manualmente fornecendo o fator trófico alvo (Neste caso, transplantando um botão do membro de volta para o embrião). Em apoio a esta ideia, a adição de um ramo extra ao embiro resultou em um número anormalmente grande de neurônios motores dos membros. Levi-Montalcini então usou um bioensaio para isolar e caracterizar a molécula alvo: NGF.

Mais de quatro décadas de trabalho ao longo de vários laboratórios têm demonstrado que o NGF medeia a sobrevivência das células e neurites crescimento (O termo neurites é usada para descrever neuronal ramos quando não está claro se eles são axônios ou dendritos) entre duas populações neuronais: simpático e sensoriais (uma subpopulação) gânglios. Observações dos efeitos do NGF como uma molécula quimiotrófica definiram quatro critérios que devem ser satisfeitos antes de concluir que uma determinada molécula é um factor trófico:

1.) Há morte de neurônios relevantes na ausência deste fator trófico;

2. Existe sobrevivência de um excedente de neurônios quando os níveis deste fator trófico são aumentados;

3.) Há presença e produção deste fator trófico em alvos neuronais;

4. Existem receptores para este fator trófico em terminais nervosos inervadores.

Meyer, R. L., 1998, Roger Sperry e seus chemoaf_nity hipótese, Neuropsychologia, 36, 957-980

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