Forskere ved Kanazawa University rapporterer i Nature Communications opdagelsen af, at neuroner, der stammer fra den samme modercelle, oplever frastødning i den udviklende fluehjerne. Denne afstamningsafhængige frastødning reguleres af et protein kendt som Dscam1.
Hjernens struktur har søjleformede træk, som antages at stamme fra nerveceller (neuroner), der stammer fra den samme modercelle, og som oprindeligt danner radiale enheder. Hvordan denne proces nøjagtigt udfolder sig på molekylært niveau, forbliver dog uforklarligt. Nu kommer en vigtig indsigt fra Makoto Sato og kolleger fra Kanazawa University, som viser, hvordan et gen kendt som Dscam i fluehjernen regulerer, hvordan neuroner fra én afstamning frastøder hinanden og projicerer deres axoner til forskellige søjler. (Axoner eller nervefibre er lange fremspring af nerveceller, hvis funktion er at lede elektriske signaler.) Denne opdagelse bekræfter 'radial enhedshypotesen', hvor mekanismen er afstamningsafhængig frastødning mellem søsterneuroner.
Forskerne så først på udviklingen af neuronvækst i medulla, en del af fluens visuelle system med en søjleformet struktur. Dens udvikling ligner den af hjernebarken i hjernen hos pattedyr; det involverer neuroblaster (neurale stamlignende celler), der producerer radi alt orienterede og klon alt beslægtede grupper af neuroner. Sato og kolleger registrerede afstandene mellem søsterneuroner (dvs. neuroner, der stammer fra den samme neuroblast og danner en radial enhed) og mellem aksonpar. Ud fra de opnåede afstandsdata var forskerne i stand til at konkludere, at søsterneuronerne ofte frastøder hinanden - denne observation er i overensstemmelse med dannelsen af søjler. Sato og kolleger kalder denne proces 'afstamningsafhængig frastødning'.
Mekanismen, der muliggør afstødningsafhængig afstødning, skal ligge i datterneuroner, der er afledt af den samme neuroblast, der 'husker' identiteten af deres fælles moderneuroblast. Sato og kolleger fremlagde forklaringen på, at proteinet Dscam1 er involveret. Dscam1 kan udvikle næsten 20.000 varianter, men når to identiske Dscam1-molekyler binder, fører de til et frastødende signal, der vides at kontrollere selvundgåelse i visse dendritiske processer - dendritter er grenlignende forlængelser af nerveceller. Begrundelsen er så, at datterneuroner, der stammer fra den samme neuroblast, producerer den samme Dscam1-variant og dermed frastøder hinanden, hvorimod neuroner af forskellige afstamninger udtrykker forskellige Dscam1-varianter, der ikke frastøder hinanden og kan projicere til den samme kolonne.
Forskerne var i stand til at understøtte deres argumentation med en række eksperimenter, der bekræftede forholdet mellem Dscam1 og afstamningsafhængig frastødning. Sato og kolleger bemærker, at "mekanismen, som vi foreslår … er meget enkel," og tilføjer, at det vil være "interessant at afgøre, om lignende mekanismer findes i andre biologiske systemer, herunder søjledannelse i pattedyrshjerner."
Baggrund
Radial enhedshypotese
Den radiale enhedshypotese er en teori, der beskriver udviklingen af hjernebarken. (Cerebral cortex er det ydre lag af neur alt væv i den største del af den menneskelige hjerne. Den spiller en vigtig rolle i hjernefunktioner som perception, tanke, hukommelse, sprog og bevidsthed.) Hypotesen hævder, at i de tidlige stadier af udvikling, dannes hjernebarken som en samling af interagerende 'søjler' eller 'radiale enheder', hvor hver enhed stammer fra et stamcellelag, der indeholder neurale stamceller. Makoto Sato og kolleger fra Kanazawa University præsenterer nu resultater, der viser, at neuroner fra én afstamning i fluehjernen projicerer deres axoner til forskellige søjler, og at denne mekanisme er reguleret af genet Dscam (Down syndrom celleadhæsionsmolekyle).
Dscam1
Fluen Drosophila Dscam1-genet koder for mere end 19.000 varianter ('isoformer'). Binding af Dscam1 med identiske isoformer resulterer i et frastødende signal, hvilket er vigtigt for visse selvundgåelsesmekanismer i celler. Sato og kolleger viste, at i fluelarver udtrykkes Dscam1 i neuroblaster og derfor nedarves af neuroner med samme afstamning. Dette resulterer i afstamningsafhængig afstødning mellem neuroner i radiale enheder, som så spiller en vigtig rolle i udviklingen af den søjleformede struktur af fluens medulla.
