Mechanizm kierowania motoneuronów podczas embriogenezy

W jaki sposób kierowane są komórki motoneronowe podczas rozwoju? W jaki sposób "wiedzą" w którą stronę mają się udać? Jaki mechanizm staje za kierowaniem tych komórek? Na te pytania próbowali odpowiedzieć sobie kalifornijscy naukowcy, używając transgenicznych myszy i mechanizmu transgenezy, która pozwoliły na zdefiniowanie procesu nawigacji komórek motorycznych.

Motoneurony, są to komórki nerwowe, które przyczyniają się do zainicjowania skurczu. Wychodzą z rdzenia kręgowego lub pnia mózgu oraz biegną aż do komórek mięśniowych w kończynach, tworząc połączenia synaptyczne. Dlatego często podczas urazu rdzenia kręgowego następuje paraliż kończyn. Komórki motoryczne podczas drogi do miejsca docelowego ulegają wydłużeniu. Miejsce intensywnie rosnących komórek to tzw. stożek wzrostu, gdzie znajdują się liczne receptory, które umożliwiają komunikowanie się z otoczeniem, tam odbierane są wszelkie sygnały docierające do komórki ze środowiska. Stożek wzrostu pcha wydłużający się neuron do przodu. Na pozostałej części (dojrzałej) komórki następuje wydłużanie komórek tworzących akson. Proces tworzenia się układu nerwowego podczas embriogenezy nosi nazwę neurulacji.

Jak to się zatem dzieje, że komórki motoryczne wychodząc z rdzenia kręgowego dobrze się kierują? Jaki jest mechanizm nawigacji? Naukowcy z amerykańskiego instytutu Salk Institude postanowili sprawdzić ten proces. Doświadczenie polegało na wyhodowaniu transgenicznych myszy (myszy z różnymi mutacjami w motoneuronach), znakowaniu motoneuronów znacznikiem fluorescencyjnym, a następnie wizualizacji wyników.

Naukowcy odkryli, że za nawigację komórek odpowiedzialny jest gen Phr1, gdzie mutacje w tym genie (np. mutacja nazwana mutacją Magellana czy Columbusa) powodują poważne zaburzenia podczas odpowiedniego kierowania komórek motorycznych z rdzenia kręgowego (mechanizm podobny również w pniu mózgu) do włókien mięśniowych kończyn. Mechanizm z udziałem Phr1 został odkryty również w Drosophilia melanogaster oraz C.elegans.

Główną mutacją, na której skupili się naukowcy z Salk Institute była mutacja Magellana (nazwa pochodzi od Ferdynanda Magellana, który jako pierwszy opłynął dookoła kulę ziemską). Mutacja polega na tym, że motoneurony wychodząc z rdzenia kręgowego tracą nagle swój kierunek docelowy. Podczas wydłużania tych komórek zaczynają robić się supełki, komórki się zwijają, plączą tworząc nieregularne, spiralne struktury. Niektóre komórki motoryczne wracają z powrotem do rdzenia, jak gdyby zgubiły swój cel i nie wiedziały w jakim kierunku rosnąć.

Naukowcy zauważyli, że podczas mutacji Magellana komórki motoryczne nie posiadają charakterystycznego skupiska komórek rosnących tworzących stożek wzrostu, ale komórki te są rozproszone. Co więcej, komórki odpowiedzialne za odbieranie sygnałów ze środowiska, tak ważnych podczas procesu nawigacji i wzrostu, były obecne, ale źle umiejscowione. Takie zaburzenie doprowadzało do nieprawidłowości podczas kierowania się komórki do miejsca docelowego, jakim jest włókno mięśniowe. U mysz transgenicznych, z mutacją Magellana zaburzona również była polarność komórki - co jest kluczowym elementem podczas odpowiedniej orientacji komórki. Oprócz mutacji Magellana naukowcy pod kierownictwem prof. Pfaff’a przebadali ok. ćwierć miliona mutacji, a dzięki metodzie fluorescencji mogli z łatwością zaobserwować jaka mutacja powoduje zaburzenia w nawigacji komórek do ich celu.

motoneuronyTaka wiedza staje się bardzo użyteczna w projektowaniu nowoczesnych terapii, w których wykorzystuje się zastępowanie komórek uszkodzonych komórkami macierzystymi pochodzenia embrionalnego. Może się to okazać bardzo skuteczne podczas leczenia (dotąd nieuleczalnej) choroby zwanej stwardnienie zanikowe boczne (Lou Gehrig disease) objawiającą się zanikiem komórek nerwowych rogowych rdzenia kręgowego.

Podpis fotografii: Na zdjęciach widoczne są zmiany w motoneuronach pod wpływem wywołanych mutacji. Kolorem zielonym widoczne są komórki motoryczne zdrowej (wild type) myszy, żółtym mutacja Magellana, czerwonym - Columbusa oraz niebieskim DeLeona. Image: Courtesy of Dr. Joseph Lewcock, Salk Institute for Biological
Studies.

Źródło: Neuron: "A mutation named Magellan steers nerve cells off course", November 21, 2007: Neuron.

Komentarze

MIMI | 2007-12-13 00:00:00
Neurulacja to nie jest dokładnie wzrost neuronów czy klasyczny "path finding"
neurulacja to wyodrębnianie się komórek układu nerwowego z płytki nerwowej na grzbiecie ciała, po czym następuje zamykanie sie cewy nerwowej.

asia | 2008-10-13 14:19:46
nie macie podstawowych wiadomości (krótkie i na temat} np.szukam teraz wiadomości o trnsgenicznych mutacjach a tu nie ma ZRÓBCIE COŚ