BIO254: Kemoaffinitet

introduktion

Kemoaffinitetshypotesen föreslår att axoner differentiellt känner igen kemiska signaler som produceras av målmatchande celler. På detta sätt ansluter neuroner endast till specifika celler eller grupper av celler. Detta selektiva erkännande är grunden för att upprätta korrekta funktionella neuronala anslutningar. Kemoaffinitetshypotesen föreslogs först av neuropsykologen Roger Wolcott Sperry (20 augusti 1913 – 17 April 1994) och bygger på klassiska experiment utförda på grodor.

när den först föreslogs stod Kemoaffinitetshypotesen i kontrast till en konkurrerande modell som kallades Resonanshypotesen. Resonanshypotesen förutsäger icke-specifika neuronala anslutningar under tidiga utvecklingsstadier. Funktionella kretsar skapas genom aktivitetsberoende omkoppling av de initiala slumpmässiga anslutningarna. Både klassiska och moderna experiment verkar stödja Kemoaffinitetshypotesen över Resonanshypotesen, vilket gör den till den mest accepterade modellen för neuronala ledningar.

tidiga experiment

i början av 1940 utförde Roger Sperry en serie experiment på grodans visuella system. I sina experiment bryts en grodas öga från den ursprungliga anslutningen till tektumet och roteras sedan 180o och implanteras igen. Retinal ganglioncellerna kan generera axoner som projicerar tillbaka till tektumet och återupprättar funktionella synapser. Insterestingly resulterade denna rotation av ögat i en subjektivt inverterad visuell värld för dessa grodor: när den lockas av en fluga i sitt övre synfält, lungar grodan alltid nedåt. Detta olämpliga beteende antydde starkt att grodan beter sig som om hela sin visuella värld är inverterad.

dessa experiment ledde till slutsatserna att när de ursprungliga optiska anslutningarna avbröts växer de regenererande axonerna i näthinnan tillbaka till sin ursprungliga plats i tektumet och återupprättade dessa välorganiserade anslutningar. Baserat på dessa slutsatser föreslog Sperry att rumsliga gradienter av kemiska signaler uttryckta av tektalceller sannolikt förmedlar denna process under utveckling, dvs. varje optisk fiber och varje tektal neuron hade kemiska signaler som unikt bestämde deras neuronala typ och position och optiska fibrer kunde utnyttja dessa signaler för att selektivt navigera till deras förutbestämda målcell. Denna slutsats formulerades därefter till en allmän förklaring av hur neuroner bildar välorganiserade anslutningar under utveckling och blev känd som kemoaffinitetshypotesen.

trofiska interaktioner i Kemoaffinitet

neurotrofisk signalering har två huvudfunktioner: 1) Bestämning av överlevnaden för en specifik delmängd av neuroner från en initial större population, och 2) bildande och upprätthållande av axonala anslutningar. Neuroner beror på en minimal mängd trofiska faktorer för att överleva och för att bevara sina målanslutningar. Om kemoaffinitetshypotesen säger att nervceller bär kemiska etiketter för att bestämma deras anslutning, var och när produceras dessa kemiska komponenter? Trofiska faktorer syntetiseras av målvävnader och görs tillgängliga för att utveckla neuroner för att styra deras potentiella axonala väg. Dessutom producerar dessa mål endast trofiska faktorer i begränsade mängder, så att utvecklande neuroner måste konkurrera om den tillgängliga faktorn för att upprätthålla överlevnad (se eld tillsammans, tråd tillsammans avsnitt För mer). En vanligt studerad trofisk molekyl, nervtillväxtfaktor (NGF), är ett protein som har gett stöd till ovanstående antaganden om hur axoner lockas till målsynapser.

Rita Levi-Montalcini och Viktor Hamburger upptäckte NGF vid Washington University på 1950-talet (senare fick Nobelpriset). Deras experiment gav bevis för att mål spelar en viktig roll för att bestämma neuronpopulationer. Hamburger et al. bort en lem knopp från en chick embryo, och vid senare embryonala stadier, han såg en slående minskning av antalet nervceller i motsvarande portains i ryggmärgen där knoppen avlägsnades. Därför verkade det som om neuroner i ryggmärgen tävlade med varandra för en begränsad kemisk resurs vid målet, eftersom den ursprungliga mängden ”målförening” reducerades kraftigt efter amputation av lemmen. Men neuroner som skulle ha dött räddades sedan genom att manuellt tillhandahålla måltrofisk faktor (i detta fall genom att transplantera en lem knopp tillbaka till embryot). Till stöd för den här tanken resulterade tillägg av en extra lem knopp till embyro i ett onormalt stort antal lemmotoriska neuroner. Levi-Montalcini använde sedan en bioanalys för att isolera och karakterisera målmolekylen: NGF.

mer än fyra decennier av arbete i olika laboratorier har visat att NGF förmedlar cellöverlevnad och neurittillväxt (termen neurit används för att beskriva neuronala grenar när det är oklart om de är axoner eller dendriter) bland två neuronpopulationer: sympatiska och sensoriska (en subpopulation) ganglioner. Observationer av effekterna av NGF som en kemotrofisk molekyl har definierat fyra kriterier som måste uppfyllas innan man drar slutsatsen att en viss molekyl är en trofisk faktor:

1.) Det finns död av relevanta neuroner i frånvaro av denna trofiska faktor;

2.) Det finns överlevnad av ett överskott av neuroner när nivåerna av denna trofiska faktor ökas;

3.) Det finns närvaro och produktion av denna trofiska faktor i neuronala mål;

4.) Det finns receptorer för denna trofiska faktor i innerverande nervterminaler.

Meyer, rl, 1998, Roger Sperry och hans chemoaf_nity hypotes, neuropsykologi, 36, 957-980

senaste uppdateringar till webbplatsen: