I ricercatori visualizzano le complesse ramificazioni del sistema nervoso

Riepilogo: Lo studio rivela il meccanismo molecolare che consente alle reti neurali di crescere e ramificarsi.

fonte: Yale

Il nostro sistema nervoso è composto da miliardi di neuroni che parlano tra loro attraverso assoni e dendriti. Man mano che il cervello umano si sviluppa, queste strutture si ramificano in un modo meravigliosamente complesso ma poco compreso che consente ai neuroni di formare connessioni e inviare messaggi in tutto il corpo. E ora, i ricercatori di Yale hanno scoperto il meccanismo molecolare alla base della crescita di questo complesso sistema.

I loro risultati sono stati pubblicati in progresso della scienza.

“I neuroni sono cellule altamente ramificate e lo sono perché ogni neurone si collega a migliaia di altri neuroni”, afferma Joe Howard, Ph.D., Eugene Higgins Professore di Biofisica e Biochimica Molecolare e Professore di Fisica e Ricercatore Senior. Ricercatore di studio.

“Stiamo lavorando a questo processo di ramificazione: come si formano e crescono i rami? Questo è ciò che si nasconde dietro l’intero modo in cui funziona il sistema nervoso”.

Il team ha studiato la crescita dei neuroni nei moscerini della frutta mentre maturavano dagli embrioni alle larve. Per visualizzare questo processo, hanno contrassegnato i neuroni con marcatori fluorescenti e li hanno visualizzati su un microscopio a disco rotante. Perché le cellule nervose si trovano appena sotto la pelle [outermost layer]I ricercatori sono stati in grado di monitorare questo processo in tempo reale nelle larve vive.

Dopo l’imaging dei neuroni in diverse fasi di sviluppo, il team è stato in grado di creare filmati time-lapse di crescita.

I dendriti dendritici complessi e altamente variabili emergono dalla dinamica stocastica delle punte dendritiche. Questa immagine proiettata con intensità massima è falsamente colorata in base al valore di intensità. Credito: Howard Lab

Nelle prime fasi dello sviluppo, i neuroni sensoriali iniziavano con solo uno o tre dendriti. Ma in meno di cinque giorni erano sbocciati in grandi strutture simili ad alberi con migliaia di rami.

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L’analisi delle punte dendritiche ha rivelato la loro crescita dinamica e stocastica (selezionata a caso), che oscillava tra crescita, contrazione e stati di pausa.

Credito: Rob Foreman

“Prima del nostro studio, esisteva una teoria secondo cui i neuroni potevano espandersi e contrarsi come un palloncino”, afferma Sonal Shree, PhD, ricercatore e autore principale dello studio. “E abbiamo scoperto che no, non si gonfiano come un palloncino, ma piuttosto crescono e si ramificano”.

“Abbiamo scoperto che possiamo spiegare la crescita neuronale e la morfologia generale abbastanza bene in termini di ciò che fanno i terminali cellulari”, afferma Sabyasachi Sutradhar, PhD, ricercatore e co-autore principale dello studio.

“Ciò significa che ora possiamo concentrarci sui suggerimenti, perché se riusciamo a capire come funzionano, allora possiamo capire come appare l’intera forma della cellula”, afferma Howard.

C’è un intero regno di ramificazione in biologia, dalle vene e arterie del sistema circolatorio ai bronchioli del polmone. Il laboratorio di Howard spera che una migliore comprensione della ramificazione a livello cellulare faccia luce anche su questi processi a livello molecolare e tissutale.

A proposito di questa ricerca in Neuroscience News

autore: Isabella Bachmann
fonte: Yale
Contatto: Isabella Bachmann – Yale
immagine: Foto attribuita a Howard Lab

ricerca originale: accesso libero.
L’instabilità dinamica delle punte dei dendriti genera le forme altamente ramificate dei neuroni sensorialiDi Sonal Shri et al. progresso della scienza

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Diverse molecole hanno dimostrato di svolgere ruoli critici nella modellatura e nel mantenimento della morfologia dei dendriti. Tuttavia, i principi di base con cui le interazioni molecolari generano forme ramificate sono poco conosciuti.

Per illustrare questi principi, abbiamo visualizzato la crescita dei dendriti durante lo sviluppo larvale Mosca della frutta neuroni sensoriali e hanno scoperto che le punte dei dendriti subiscono un’instabilità dinamica, passando rapidamente e casualmente tra crescita, contrazione e pause.

Incorporando queste dinamiche misurate in un modello computazionale basato su proxy, abbiamo dimostrato che le morfologie altamente complesse e variabili di queste cellule sono una conseguenza della dinamica stocastica delle loro punte dendriti.

Questi principi possono essere generalizzati alla ramificazione di altri tipi di neuroni, nonché alla ramificazione a livello di cellule e tessuti.

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