Wenn Ihr Rückenmark die Führung übernimmt

Wenn Ihr Rückenmark die Führung übernimmt

Salk-Forscher entdecken Rückenmarksneuronen, die ablenkende Eingaben hemmen, um sich auf die jeweilige Aufgabe zu konzentrieren

LA JOLLA – Wir gehen davon aus, dass unser Gehirn alle unsere Handlungen steuert, aber überraschend viele Informationen im Zusammenhang mit Bewegungen werden von unserem Rückenmark verarbeitet.

Jetzt haben Wissenschaftler des Salk Institute ein seit langem bestehendes Rätsel gelöst, wie unser Rückenmark weiß, wann es auf bestimmte Informationen achten muss und wann es sie ignorieren muss, weil sie von der eigentlichen Aufgabe ablenken.

Die Arbeit erscheint in der Zeitschrift Neuron am 7. Dezember 2017 enthüllt, dass bestimmte Neuronen namens RORbeta (RORβ) Interneurone hemmen die Übertragung potenziell störender sensorischer Informationen beim Gehen, um einen flüssigen Gang zu fördern. Die Forschung verdeutlicht einen hohen Grad an Raffinesse bei der Informationsverarbeitung im Rückenmark.

„Diese Forschung vermittelt einen Eindruck davon, wie das Nervensystem mit den verschiedenen Arten von Informationen umgeht, die in es eingehen, und wie es diese Informationen auf eine Weise nutzt, die für das, was es gerade tut, relevant ist“, sagt er Martin Goulding, Professor am Labor für Molekulare Neurobiologie von Salk. „Ihr Rückenmark ist unglaublich intelligent.“

Wenn wir uns bewegen, werden die motorischen Schaltkreise im Rückenmark ständig mit Informationen von sensorischen Rezeptoren in der Haut und den Muskeln bombardiert, die diesen Schaltkreisen mitteilen, was unsere Gliedmaßen tun oder wie sich der Boden unter unseren Füßen anfühlt. Diese Informationen sind für Aktionen wie Gehen oder Stillstehen von entscheidender Bedeutung. Da diese Aktionen oft im Widerspruch zueinander stehen, ist eine große Frage in der Neurowissenschaft, wie unser Rückenmark verschiedene Arten von Sinnesinformationen, die zu widersprüchlichen Aktionen führen könnten, „gates“ oder weiterleitet, um sicherzustellen, dass jede Bewegung richtig ausgeführt wird.

Gouldings Team entdeckte, dass ein spezieller Satz von Neuronen des „mittleren Mannes“ (Interneurone) widersprüchliche sensorische Informationen, die hauptsächlich von Muskeln kommen, hemmt, um zu verhindern, dass sie Reaktionen in Motoneuronen auslösen, die zu widersprüchlichen Handlungen führen würden. Diese Art der Hemmung wird als präsynaptische Hemmung bezeichnet, da sie auftritt, bevor das Signal über die synaptische Lücke an Neuronen auf der anderen Seite weitergeleitet wird.

Das Team wurde durch frühere Experimente anderer Forscher, die den ROR mutiert hatten, dazu veranlasst, diese Neuronen zu erforschenβ Gen und stellte fest, dass Mäuse mit der Mutation einen abnormalen entenartigen Gang hatten. Aber weil RORβ, ein als Transkriptionsfaktor bekanntes regulatorisches Protein, das von Zellen im Gehirn und in verschiedenen Teilen des Rückenmarks exprimiert wird, war nicht klar, welcher Ort für den Entengang verantwortlich war.

Das Goulding-Labor führte eine Reihe von Experimenten durch, um den Ort des Defekts mithilfe genetischer und molekularer Strategien zur Deaktivierung des ROR zu isolierenβ Gen in verschiedenen Arten von Neuronen und fragen, was passiert. Der Entengang trat erst auf, als ROR deaktiviert wurdeβ Hemmzellen im dorsalen Rückenmark.

Zellen im dorsalen Rückenmark (hinten) empfangen sensorische Informationen vom Körper und leiten diese dann an Neuronen im ventralen Teil des Rückenmarks (vorne) weiter, die koordinierte Bewegungen erzeugen. Bei Mäusen, denen funktionelles ROR fehlteβ Interneuronen, die Motoneuronen, die die Beugung ihrer Gliedmaßen bewirken, blieben aktiv, was dazu führte, dass ihr Gang entenartig und abnormal wurde. Das bedeutet, dass RORβ Interneurone steuern – hemmen – irrelevante sensorische Informationen, die das normale Schrittmuster stören würden. Wenn RORβ Ist vorhanden, ist jeder Schritt eine sanfte, fließende Bewegung, aber wenn sie nicht vorhanden ist, werden die Beine übermäßig gebeugt (gebeugt) und jeder Schritt ist unbeholfen. Beim Menschen wäre das so, als ob Ihr Knie bei jedem Schritt zu lange gebeugt bleibt.

„Ich denke, das wirklich Spannende an diesem Projekt ist, dass es uns gelungen ist, diesen sehr lokalen und sehr spezifischen Schaltkreis zu isolieren und zu beschreiben, der nur beim Gehen aktiv ist“, sagt Stephanie Koch, wissenschaftliche Mitarbeiterin bei Salk und Erstautorin der Arbeit.

Diese Ergebnisse ergänzen andere Arbeiten des Labors, in denen untersucht wurde, wie bestimmte Interneurone im Rückenmark für die Abwehr leichter Berührungen verantwortlich sind und ihre Beseitigung Überempfindlichkeit und chronischen Juckreiz verursacht. Mäuse mit dieser Mutation konnten einwandfrei laufen, kratzten sich jedoch übermäßig. Zusammengenommen stützen diese Ergebnisse die Idee, dass es spezielle Populationen hemmender Interneurone im Nervensystem gibt, die bestimmte Arten eingehender Informationen selektiv abschalten, wenn sie für die jeweilige Aufgabe nicht relevant sind (z. B. sanftes Gehen und kein Kratzen, wenn nichts leicht berührt wird). Du).

„Wir versuchen zu verstehen, wie das Nervensystem grundsätzlich funktioniert“, sagt Goulding, Inhaberin des Frederick W. and Joanna J. Mitchell Chair an der Salk. „Sobald Sie das verstanden haben, können Sie damit beginnen, sich mit den damit verbundenen medizinischen oder klinischen Fragen zu befassen.“

Weitere Autoren waren Marta Garcia Del Barrio, Antoine Dalet, Graziana Gatto und Jingming Zhang von Salk; Thomas Günther und Roland Schüle von der Universität Freiburg; Barbara Seidler vom Deutschen Krebsforschungszentrum; und Dieter Saur von der Technischen Universität München.

Die Arbeit wurde von den National Institutes of Health, dem Siebten Rahmenprogramm der Europäischen Union, der European Molecular Biology Organization und dem European Research Council finanziert.