Наша нервная система состоит из миллиардов нейронов, которые говорят друг с другом через свои аксоны и дендриты. Когда развивается человеческий мозг, эти структуры разветвляются красивым сложным, но плохо понятным образом, что позволяет нервным клеткам формировать связи и отправлять сообщения по всему организму. И теперь исследователи Йельского университета обнаружили молекулярный механизм роста этой сложной системы.
Их результаты опубликованы в Science Advances.
«Нейроны — это сильно разветвленные клетки, и они такие, потому что каждый нейрон устанавливает связь с тысячами других нейронов», — говорит Джо Ховард, доктор философии, профессор молекулярной биофизики и биохимии Юджин Хиггинс, профессор физики, а также старший научный сотрудник исследования.
«Мы работаем над этим процессом ветвления — как формируются и растут ветви? Это то, что лежит в основе всего механизма работы нервной системы».
Команда изучила рост нейронов у плодовых мух, когда они созрели из эмбрионов в личинки. Чтобы визуализировать этот процесс, они пометили нейроны флуоресцентными маркерами и сфотографировали их на вращающемся дисковом микроскопе. Поскольку нейроны находятся прямо под кутикулой [крайний слой], исследователи смогли наблюдать этот процесс в режиме реального времени у живых личинок.
После визуализации нейронов на разных стадиях развития команда смогла создать покадровые этапы роста.
Сложные и очень изменчивые дендритные сети возникают из стохастической динамики кончиков дендрита. Это проецируемое изображение максимальной интенсивности псевдоцветное на основе значения интенсивности. Источник: Howard Lab
На самых ранних стадиях развития сенсорные нейроны начинались только с двух или трех дендритов. Но всего за пять дней они расцвели в большие древовидные структуры с тысячами ветвей.
Анализ дендритных кончиков выявил их динамичный и стохастический (случайно определенный) рост, который может быть растущим, сокращающимся и приостановленным.
«До нашего исследования существовала теория, что нейроны могут расширяться и сдуваться, как воздушный шар», — говорит Сонал Шри, доктор философии, младший научный сотрудник и ведущий автор исследования. «И мы обнаружили, что нет, они не надуваются, как воздушный шар, а скорее растут и разветвляют свои окончания».
«Мы обнаружили, что можем полностью объяснить рост нейронов и общую морфологию с точки зрения того, что делают кончики клеток», — говорит Сабьясачи Сутрадхар, доктор философии, младший научный сотрудник и соавтор исследования.
Существует целый ряд процессов ветвления в биологии, от вен и артерий системы кровообращения до бронхиол легких. Лаборатория Говарда надеется, что лучшее понимание ветвления на клеточном уровне также прольет свет на эти процессы на молекулярном и тканевом уровнях.
Источник: Йельский университет
