BIO254: Chemoaffinitate

Introducere

ipoteza Chemoaffinității propune ca axonii să recunoască diferențiat semnalele chimice produse de celulele potrivite țintei. În acest fel, neuronii se conectează numai la anumite celule sau grupuri de celule. Această recunoaștere selectivă este baza pentru stabilirea conexiunilor neuronale funcționale adecvate. Ipoteza Chimioafinității a fost propusă pentru prima dată de neuropsihologul Roger Wolcott Sperry (20 August 1913 – 17 aprilie 1994) și se bazează pe experimente clasice efectuate pe broaște.

când a fost propusă pentru prima dată, ipoteza Chimioafinității era în contrast cu un model concurent numit ipoteza rezonanței. Ipoteza de rezonanță prezice conexiuni neuronale nespecifice în stadiile incipiente de dezvoltare. Circuitele funcționale sunt create prin recablarea dependentă de activitate a conexiunilor aleatorii inițiale. Atât experimentele clasice, cât și cele moderne par să susțină ipoteza Chimioafinității asupra ipotezei de rezonanță, făcându-l cel mai larg acceptat model de cablare neuronală.

experimente timpurii

la începutul anului 1940, Roger Sperry a efectuat o serie de experimente pe sistemul vizual al broaștei. În experimentele sale, ochiul unei broaște este separat de conexiunea inițială la tectum, apoi rotit 180o și re-implantat. Celulele ganglionare retiniene sunt capabile să re-genereze axoni care se proiectează înapoi la tectum și să restabilească sinapsele funcționale. În mod surprinzător, această rotație a ochiului a dus la o lume vizuală inversată subiectiv pentru aceste broaște: atunci când este atrasă de o muscă în câmpul vizual superior, broasca se aruncă întotdeauna în jos. Acest comportament inadecvat implica puternic faptul că broasca se comportă ca și cum întreaga sa lume vizuală ar fi inversată.

aceste experimente au condus la concluzia că atunci când conexiunile optice originale au fost întrerupte, axonii regeneratori ai retinei cresc înapoi la locația lor inițială în tectum și au restabilit aceste conexiuni bine organizate. Pe baza acestor concluzii, Sperry a propus că gradienții spațiali ai indicilor chimici exprimați de celulele tectale mediază probabil acest proces în timpul dezvoltării, adică. fiecare fibră optică și fiecare neuron tectal aveau indicii chimice care determinau în mod unic tipul și poziția lor neuronală, iar fibrele optice puteau utiliza aceste indicii pentru a naviga selectiv către celula țintă predeterminată. Această inferență a fost ulterior formulată într-o explicație generală a modului în care neuronii formează conexiuni bine organizate în timpul dezvoltării și a devenit cunoscută sub numele de ipoteza chemoaffinității.

interacțiuni trofice în Chemoaffinitate

semnalizarea neurotrofică are două funcții majore: 1) Determinarea supraviețuirii unui subset specific de neuroni dintr-o populație inițială mai mare și 2) Formarea și menținerea conexiunilor axonale. Neuronii depind de o cantitate minimă de factori trofici pentru a supraviețui și pentru a-și păstra conexiunile țintă. Dacă ipoteza chimioafinității afirmă că celulele nervoase poartă etichete chimice pentru a ajuta la determinarea conectivității lor, atunci unde și când sunt produse aceste componente chimice? Factorii trofici sunt sintetizați de țesuturile țintă și puse la dispoziția neuronilor în curs de dezvoltare pentru a-și ghida calea axonală potențială. În plus, aceste ținte produc factori trofici numai în cantități limitate, astfel încât neuronii în curs de dezvoltare trebuie să concureze pentru factorul disponibil pentru a menține supraviețuirea (vezi foc împreună, sârmă împreună secțiune pentru mai multe). O moleculă trofică studiată în mod obișnuit, factorul de creștere a nervilor (NGF), este o proteină care a susținut ipotezele de mai sus despre modul în care axonii sunt atrași de sinapsele țintă.

Rita Levi-Montalcini și Viktor Hamburger au descoperit NGF la Universitatea Washington în anii 1950 (mai târziu a primit Premiul Nobel). Experimentele lor au furnizat dovezi că țintele joacă un rol major în determinarea populațiilor neuronale. Hamburger și colab. a îndepărtat un mugur de membre dintr-un embrion de pui și, în etapele embrionare ulterioare, a văzut o reducere izbitoare a numărului de celule nervoase din portainele corespunzătoare ale măduvei spinării, unde mugurul a fost îndepărtat. Prin urmare, se părea că neuronii din măduva spinării au concurat între ei pentru o resursă chimică limitată la țintă, deoarece cantitatea inițială de „compus țintă” a fost mult redusă după amputarea mugurelui membrelor. Cu toate acestea, neuronii care ar fi murit au fost apoi salvați prin furnizarea manuală a factorului trofic țintă (în acest caz, prin transplantarea unui mugur de membre înapoi la embrion). În sprijinul acestei idei, adăugarea unui mugur suplimentar al membrelor la embyro a dus la un număr anormal de mare de neuroni motori ai membrelor. Levi-Montalcini a folosit apoi un Biotest pentru a izola și caracteriza molecula țintă: NGF.

mai mult de patru decenii de muncă în diferite laboratoare au demonstrat că NGF mediază supraviețuirea celulelor și creșterea neuritei (termenul neurit este folosit pentru a descrie ramurile neuronale atunci când nu este clar dacă sunt axoni sau dendrite) între două populații neuronale: ganglioni simpatici și senzoriali (o subpopulație). Observațiile efectelor NGF ca moleculă chemotrofică au definit patru criterii care trebuie îndeplinite înainte de a concluziona că o anumită moleculă este un factor trofic:

1.) Există moartea neuronilor relevanți în absența acestui factor trofic;

2.) Există supraviețuirea unui surplus de neuroni atunci când nivelurile acestui factor trofic sunt crescute;

3.) Există prezența și producerea acestui factor trofic în țintele neuronale;

4.) Există receptori pentru acest factor trofic în terminalele nervoase inervatoare.

Meyer, R. L., 1998, Roger Sperry și ipoteza sa chemoaf_nity, neuropsihologie, 36, 957-980

actualizări recente ale site-ului: