En mangeårig puslespil i nervesystemets udvikling kan have givet en nøgle hemmelighed. Et hold ledet af forskere ved Weill Cornell Medical College siger, de har bestemt, hvor begivenheder på selve spidsen af udviklingslandenes neuron lange, magre Axon påvirke gen transskription tilbage i cellens fjerne kerne.
Undersøgelsen afslørede også den første nogensinde tegn på en transskription faktor - proteiner, der påvirker geners aktivitet - arbejder uden for cellens kerne.
Resultaterne, der blev offentliggjort i februar 1 Udstedelse af Nature Cell Biology, kunne bringe hjerneforskere en langt bedre forståelse af, hvordan nerveceller vokser, og tilslut under sund udvikling, og hvordan disse processer kan gå på afveje i neurologisk sygdom.
"Vi har fundet en proces, hvor væksten kegle på at udvikle Axon tip sender vigtige signaler tilbage til cellekernen at sikre neuron overlevelse," forklarer senior undersøgelse forfatter Dr. Samie R. Jaffrey, lektor i farmakologi ved Weill Cornell Medical College . "På den måde udvikler det menneskelige nervesystem over tid, vælge levedygtige nervebanerne i løbet af neurologiske 'blindgyder'. Denne proces afhænger af typen af kommunikationen mellem væksten kegle og kernen, at vi nu beskrive. "
Som Dr. Jaffrey forklarer, det udviklende foster bærer mange gange flere neuroner, end den vil beholde efter fødslen. Disse nydannede neuroner sende lange grene kaldet axoner, der søger specifikke mål - en tå, for eksempel, eller en nyre eller et øje. I de senere år, opdagede forskerne, at da Axon når sit mål - hvilket kan være mange centimeter væk fra kernen - den registrerer et signal, kaldet nerve growth factor (NGF), som er lavet af målvæv.
"De fleste axoner aldrig gøre det til deres rette destination og de neuroner dør ud i et forprogrammeret måde," Dr. Jaffrey siger. "Men de axoner, at korrekt navigere til deres destinationer opdage NGF, som 'siger' til neuron 'Nej, du har gjort det, kan du overleve." I disse sjældnere tilfælde, lever den neuron at blive en del af nervesystemet. "
Men hvordan denne kritiske oplysninger blive passeret af væksten kegle i spidsen af Axon tilbage til cellens "kommandocentral", kernen?
"Det var det centrale mysterium, vi forsøgte at rydde op i dette arbejde," Dr. Jaffrey siger.
For at gøre det, hans team undersøgte aksonal vækst kegler til messenger RNA (mRNA) - stumper af genetisk materiale, der hjælper producere specifikke proteiner. Holdet brugt en innovativ ny teknik udviklet af undersøgelsen ledende forfatter Dr. Llewellyn J. Cox, en postdoc forsker i Dr. Jaffrey laboratorium. Han lokkede axoner til at vokse på en sådan måde, at forskerne var i stand til at prøve mRNA i vækst kegler alene.
"Ved at gøre det, var vi i stand til at opbygge et bibliotek af mRNA findes i de vækst kegler," Dr. Cox sagde.
Forsøget gav en stor overraskelse: en type af mRNA, der producerer en transskription faktor, kaldet CREB.
"Forud forskning andre steder har vist, at CREB er afgørende for neuronal overlevelse," Dr. Jaffrey siger. "Men ingen havde nogensinde troede det kunne være aktiv i Axon."
Holdet næste brugt cutting-edge fluorescerende teknologi til at spore CREB aktivitet i overværelse af "overlevelse signal," NGF.
"Vi så CREB blive produceret i vækst kegle og derefter så det rejser tilbage til kernen," Dr. Jaffrey siger. "Det var forbløffende - det foreslået, at axonally-syntetiserede protein kan have en rolle i kernen, en meget lang afstand."
Det er denne axonally produceres CREB, der synes at være nøglen til at slukke for neuron er selvdestruerende mekanisme, siger han. "Den aksonal CREB ind i kernen, hvor det fremkalder genekspression, der sikrer, at udviklingslandene neuron vil overleve," Dr. Jaffrey siger.
Dette blev bekræftet i en senere eksperiment, hvor holdet selektivt afskaffet CREB mRNA fra axoner, men ikke resten af neuron. "Når det skete, at neuroner døde, selv ved tilstedeværelse af NGF," Dr. Jaffrey siger. "Det beviser, at aksonal CREB, ikke CREB i kernen, er den vigtigste aktør her."
Resultaterne kan have store konsekvenser for neurovidenskab at gå fremad. Først og fremmest, de kaster vigtigt nyt lys over, hvordan det komplekse system af indbyrdes forbundne neuroner udvikler sig over tid, og hvordan afvigelser i denne Axon-til-kerne forhold kan påvirke denne udvikling.
"Vi er også spekulerer på, om den type fænomen, vi har observeret, kan forekomme på andre punkter i udviklingen, som når axoner navigere gennem væv til at finde deres mål, eller når axoner ankommer til mål og skabe synapser - de elektrokemiske broer mellem neuroner, og target-celler, "Dr. Jaffrey siger. "Denne nyopdagede ejendom Axon - dens evne til at producere sin egen funktionelle transkriptionsfaktorer - kunne give axoner til at kommunikere med kernen i hele nervesystemets udvikling."