Howard Hughes Medical Institute (HHMI) forskere har påvist en viktig del av regelverket koden som styrer hvordan motoriske nerveceller i ryggmargen koble seg til bestemte mål muskler i beina.
Forskerne sier at forståelsen denne koden kan hjelpe fremgang i å gjenopprette motoriske nevroner funksjon hos mennesker som ryggmargen er blitt skadet ved traumer eller sykdom. Undersøkelsene tyder på at koden - som innebærer medlemmer av familien av transkripsjonsfaktorer kodet av Hox-gener - også kunne styre etableringen av andre ryggmargen kretser. Dette krets omfatter interneurons som styrer motoriske nevroner skyte mønstre og sensoriske nevroner som sender tilbakemeldinger informasjon om muskel handling.
Forskerteamet, som ble ledet av HHMI etterforsker Thomas M. Jessell, publiserte sine funn i den 4 november 2005, av tidsskriftet Cell . Jessell samarbeidet om studier med HHMI forskning knytte Jeremy S. Dasen, Bonnie C. Tice og Susan Brenner-Morton, som alle er ved Columbia University . Arbeidet ble også finansiert med tilskudd fra National Institute of nevrologiske lidelser og hjerneslag og Prosjekt ALS.
Ifølge Jessell, hadde medlemmer av Hox-gen familien vært kjent for å regulere deler av hjernens utvikling, men "få folk hadde betalt oppmerksomhet til det faktum at disse genene er også uttrykt i ryggmargen." Tidligere arbeid utført av Dasen og Jessell, i samarbeid med JEH-Ping Liu, som nå er ved University of Virginia, fastslo at visse Hox proteiner kontroll differensieringen av motoriske nevroner inn i kolonner i ryggmargen. Disse kolonnene, som er kledd langs anterior-posterior lengden på ryggmargen, form i de innledende fasene av motoriske nevroner organisasjon. At organisasjonen bestemmer om motor nevroner vokse til lemmer eller andre mål.
Opprettelse av antistoffer som reagerer med hver av de 21 Hox proteinene uttrykt av ryggmargen motor nevroner var et viktig teknisk fremskritt som gjorde forskerne å knekke denne koden. Ved hjelp av disse antistoffene, Dasen og kolleger fant frem til mønsteret av uttrykk for hvert protein i settet med motoriske nevroner som prosjektet til lem muskler. "Når vi hadde disse reagensene, klarte vi å oppnå høy oppløsning kart Hox uttrykk som var nødvendige for å håndtere mer komplekse aspekter av Hox funksjon i motoriske nevroner diversifisering," sa Jessell.
For å gi et inntrykk av omfanget av kompleksitet, forklarte Jessell, "er det få motor kolonner, men innen hver av kolonnene som prosjekter til lem er det minst femti forskjellige undertyper av motoriske nevroner, kalt motor bassenger. Våre innledende arbeidet hintet at Hox koden som definerer kolonnen identitet kan også være involvert i å etablere den ekstreme mangfold av motor bassenger. "
Bruker antistoffer mot Hox proteiner som definerer spinale motoriske nevroner, Dasen og kolleger kartlagt timing og plassering av hver av Hox proteiner uttrykt ved motoriske nevroner som prosjektet til vingen i kyllingembryo. "Det ble klart at disse proteinene ikke var tilfeldig uttrykt, men ble uttrykt i svært presise mønstre som tilsvarte anatomisk definerte motor neuron bassenger," sa Jessell.
Dasen funksjonelle analyser avdekket en Hox koding hierarki. "Han fant ut at Hox proteiner involvert i bassenget identitet er forskjellige fra de som er involvert i kolonne identitet," sa Jessell. "Så fra disse dataene, ideen begynte å dukke at innenfor kromosomal Hox klynger, er noen Hox proteiner viet bred aspekter av motoriske nevroner differensiering, og andre til finere aspekter av diversifisering syvende og sist, hva krystallisert fra disse eksperimentene var en kode. - - et organisert forhold mellom Hox proteiner, deres kromosomal organisasjon, og differensiering og tilkobling av motoriske nervecellen bassenger, "sa han.