1 сентября, 2002
Ла-Хойя, Калифорния. Ученые из Института биологических исследований Солка в Ла-Хойя, Калифорния, и Юго-Западного медицинского центра UT в Далласе раскрыли ключевую часть головоломки о том, как глаз связывается с мозгом.
В выводах, опубликованных в сегодняшнем выпуске Neuron, исследователи сообщают, что определенный класс рецепторов Eph и лигандов эфрина — белков, которые заставляют клетки либо отталкиваться, либо притягиваться друг к другу — контролируют то, как нервные связи от развивающегося глаза образуют карты, которые представляют то, что мы видим. к зрительным центрам головного мозга.
Нейробиологи давно пытались ответить на вопрос, как создаются нейронные карты.
«Мы знали, что определенный класс Ephs, A-класса, был важен для картирования аксонов на лево-правой или горизонтальной оси глаза в мозге», — сказал он. Деннис О'Лири, профессор молекулярной нейробиологии в Институте Солка и старший автор исследования. «Наше новое исследование теперь определяет, как зрительные аксоны отображают верхнюю и нижнюю, или вертикальную, ось сетчатки в мозг, а также определяет биохимические сигналы, используемые для управления этим отображением, посредством анализа множества важных мутантных мышей, созданных нашими коллегами. на юго-западе ЮТ».
Более ранняя работа О'Лири касалась эфов и эфринов класса B, что привело к сотрудничеству с доктором Марком Хенкемейером, доцентом Центра биологии развития в Юго-Западном университете штата Техас и соавтором исследования. Henkemeyer, чья работа сосредоточена на роли Ephs и эфринов, особенно B-класса, в различных процессах развития, предоставил мышей, несущих мутации в генах рецепторов EphB.
По словам Хенкемейера, сегодняшние опубликованные результаты не имеют непосредственного клинического применения, но являются еще одним важным шагом в понимании того, как развивается нервная система человека и, в частности, как аксоны сетчатки глаза формируют свои связи с мозгом.
«В моей лаборатории мы работаем над тем, чтобы понять на базовом молекулярном уровне, как нервная система становится проводной», — сказал исследователь из Юго-Западного университета штата Техас. «Если бы кто-то дал вам сломанную Maserati и сказал: «Почини ее», вы, вероятно, хотели бы иметь руководство, в котором показано, как она была собрана. Мы пытаемся разработать это руководство по проводке нервной системы».
Новое исследование основано на гипотезе, впервые предложенной в 1963 году лауреатом Нобелевской премии Роджером Сперри, согласно которой неопознанные молекулы направляют картирование зрительных аксонов в мозг. Аксоны можно уподобить электрическим проводам, которые вырастают из нервных клеток и передают сигналы от нервных клеток, подобно шнуру, передающему электричество к лампе.
Во время развития глаза аксоны растут из разных частей сетчатки и выходят из задней части глаза, образуя зрительный нерв. Аксоны зрительных нервов растут из четырех отдельных частей сетчатки — левой, правой и верхней и нижней — и заканчиваются в соответствующих определенных частях зрительных центров в мозгу. Схема проводки позволяет мозгу правильно обрабатывать горизонтальные и вертикальные размеры, из которых состоят изображения, проецируемые на сетчатку.
Используя мышей с мутацией Eph, предоставленных Хенкемейером, исследователи из Института Солка, в том числе О'Лири и двое его коллег, Роберт Хингс и Тодд Маклафлин, которые были соисследователями, показали, что взаимодействия аксонов сетчатки, экспрессирующих Eph B-класса рецепторы с соответствующими им эфринами в головном мозге помогают направлять аксоны от верхне-нижней или вертикальной оси сетчатки к их надлежащим точкам окончания в головном мозге. Исследования группы Солка недавно показали, что рецепторы Eph класса А и эфрины представляют собой молекулы, которые направляют аксоны от лево-правой или горизонтальной оси сетчатки к их надлежащему назначению в мозге.
Группа Солка проанализировала нормальных мышей и мышей с мутацией Eph, вводя флуоресцентный краситель в нервные клетки сетчатки. Краситель заполнил аксоны и выделил их пути и окончания в мозге, что позволило исследователям увидеть провода при исследовании сетчатки и мозга под конфокальным микроскопом.
Исследователи обнаружили, что некоторые аксоны с вертикальной осью у мышей, лишенных белков EphB2 и EphB3, сопоставлены с неправильными областями мозга. Исследование также показало, что вертикальные аксоны у нормальных мышей привлекались к своим правильным направлениям за счет взаимодействия EphB/ephrin-B. Напротив, аксоны, которые отображаются вдоль горизонтальной оси, направляются к своим точкам окончания, когда задействованные Ephs и эфрины A-класса отталкивают аксоны от областей, которым они не принадлежат.
«Эта работа не только помогает нам понять, как аксоны обычно находят путь во время развития, чтобы достичь своих намеченных целей, но также дает бесценную информацию о механизмах притяжения и отталкивания, которые необходимо повторить после нервного повреждения, чтобы перенастроить нервную систему», — сказал Хенкемейер. «Мы планируем продолжить наши совместные усилия и продолжить изучение этих молекул и процесса картирования и, надеюсь, приблизиться к завершению головоломки».
Исследование было поддержано Национальным институтом здравоохранения, Фондом врожденных дефектов March of Dimes, Ассоциацией мышечной дистрофии и Швейцарским национальным научным фондом.
Институт биологических исследований Солка, расположенный в Ла-Холья, Калифорния, является независимым некоммерческим учреждением, занимающимся фундаментальными открытиями в области наук о жизни, улучшением здоровья и условий жизни человека и подготовкой будущих поколений исследователей. Институт был основан в 1960 году Джонасом Солком, доктором медицины, с подарком земли от города Сан-Диего и финансовой поддержкой Фонда врожденных дефектов March of Dimes.
Управление связи
Тел: (858) 453-4100
press@salk.edu
