Как нейроны конкурируют за потерю связи

Исследователи подробно описывают механизм конкуренции синапсов друг с другом и то, как слабые и шумные синапсы устраняются в процессе развития.

Университет Кюсю

Изображение: На раннем этапе развития нейроны, называемые митральными клетками, отрастают множество ветвей, соединяющихся с множеством клубочков. Как и в случае с бонсай, по мере развития ветви укрепляются и подрезаются. Но хотя исследователи внимательно исследовали механизм укрепления ветвей, то, как происходит обрезка, оставалось недостаточно изученным. Исследователи из Университета Кюсю обнаружили, что когда митральные клетки получают нейромедиатор глутамат, последующий сигнал вызывает локальное подавление RhoA, защищая этот дендрит. В то же время деполяризация активирует механизм обрезки, контролируемый RhoA, в дендритах, которые не получили ввода глутамата. Дендрит-победитель получает все.посмотреть больше

Фото: Университет Кюсю/Лаборатория Имаи.

Фукуока, Япония — Исследователи из Университета Кюсю раскрыли механизмы фундаментальной, но критически недооцененной фазы развития мозга: обрезки синапсов.

Используя митральные клетки мышей — тип нейронов обонятельной системы — команда обнаружила, что, когда нейроны получают сигнал нейротрансмиттера, принимающий дендрит защищается с помощью ряда химических путей. В то же время деполяризация заставляет другие дендриты той же клетки идти по другому пути, который способствует обрезке. Их исследование было опубликовано в журнале Developmental Cell.

Как нейроны соединяются и реконструируются — фундаментальный вопрос нейробиологии. Ключевая концепция правильного построения сети заключается в том, что нейроны формируют и укрепляют связи с другими нейронами, одновременно отсекая лишние и неправильные.

«Распространенная фраза при ремоделировании нейронных цепей — «сработайте вместе, соедините вместе» и «рассинхронизируйтесь, потеряйте связь». Первое описывает, как нейроны, передающие сигналы друг другу, имеют тенденцию укреплять связи, тогда как второе объясняет, что без указанной передачи сигналов связь ослабевает», — объясняет профессор Такеши Имаи с факультета медицинских наук Университета Кюсю, который руководил исследованием. «Это процесс очистки, который имеет основополагающее значение для правильного созревания мозга».

На протяжении десятилетий исследователи, в том числе профессор Имаи, исследовали фундаментальный процесс формирования нейронов и укрепления их связей. Однако в этом процессе был один серьезный пробел, который мало кто изучал: как устраняются связи.

«Уничтожение нейронных связей, то, что мы называем обрезкой, было чем-то, о чем знали и наблюдали все в этой области. Но если вы посмотрите на литературу, там не было исследований точного механизма, который управлял этим процессом», - объясняет первый автор. Сатоши Фудзимото.

Устранение связей происходит повсюду в нервной системе, например, в нервно-мышечных соединениях, нейронах, которые посылают сигналы мышцам о движении. Сначала мышечные волокна получают сигналы от многих мотонейронов. По мере вашего роста эти связи настраиваются: одни укрепляются, а другие устраняются, пока к одному мышечному волокну не подключится всего один нейрон. Вот почему в раннем возрасте у вас проблемы с контролем движений и координацией.

«Мы решили выяснить, что именно происходит в нейронах во время ремоделирования, поэтому мы рассмотрели возможность использования митральных клеток мыши, типа клеток, расположенных в обонятельной луковице, мозговом центре, участвующем в нашем обонянии. У взрослых митральные клетки имеют Но на ранних стадиях развития митральные клетки посылают ответвления во многие клубочки», — утверждает Фудзимото. «С течением времени эти ветви обрезаются, оставляя единую прочную связь. В конце концов, митральные клетки могут учуять только определенный тип запаха».

Во-первых, команда обнаружила, что спонтанные волны нейромедиатора глутамата в обонятельной луковице способствуют обрезке дендритов. Затем команда сосредоточилась на внутренних сигнальных путях митральных клеток. Они обнаружили уникальный механизм защиты/наказания, который укреплял одни связи и запускал сокращение других.