Центральный генетический переключатель управляет навигацией аксонов на дальние расстояния
```html
Нейробиологи опровергли представление о том, что растущие аксоны ориентируются исключительно с помощью локальных сигналов, обрабатываемых на их концах. Они обнаружили, что в теле нейрона существует центральный генетический переключатель, который управляет направлением движения аксонов в критических точках маршрута.
Исследователи составили подробный генетический атлас, проанализировав экспрессию генов более чем 12 000 развивающихся нейронов. Эта работа может привести к разработке новых методов восстановления поврежденных нервных путей после инсульта или травм спинного мозга.
Ключевые выводы:
- Контроль из клеточного тела: Нейроны активируют и деактивируют целые группы генов в теле клетки (соме) для управления ростом аксонов через последовательные контрольные точки, вместо того чтобы полагаться только на сигналы на кончике аксона (конусе роста).
- Генетическое переключение на срединной линии: Используя одноклеточную РНК-секвенирование комиссуральных нейронов на четырех этапах развития, команда выявила, что пересечение срединной линии спинного мозга вызывает явное изменение экспрессии генов в соме. Это приводит к доставке новых сигнальных молекул непосредственно к кончику аксона.
- Атлас для регенерации: Исследование создало обширный атлас развития более 12 000 нейронов, предоставляющий ценную информацию для восстановления и правильного направления аксонов к их исходным мишеням после травм спинного мозга или инсульта.
В процессе эмбрионального развития миллиарды аксонов растут от тел нейронов, подобно усикам растений, тянущимся к свету. Они проходят сложный путь по анатомическим структурам, чтобы сформировать функциональные синапсы. Некоторые аксоны преодолевают огромные расстояния; например, двигательный аксон, контролирующий движение стопы человека, тянется от основания позвоночника.
Десятилетиями в нейробиологии преобладало мнение, что поскольку аксоны охватывают столь большие расстояния и быстро адаптируются к меняющейся среде, все решения об их направлении должны приниматься локально, на кончике аксона.
Теперь исследование Института исследований мозга Карни при Университете Брауна ставит эту парадигму под сомнение. Результаты, опубликованные в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), показывают, что центральная генетическая программа, активная в теле нейрона, управляет ориентацией аксонов в ключевых точках маршрута.
«Мы обнаружили, что в процессе развития нейроны включают и выключают целые группы генов, позволяющие их аксонам расти через различные участки своего пути», — сказал Александр Яворски, доктор наук, автор исследования и доцент кафедры наук о мозге в Институте Карни. «Это неожиданно».
Прослеживание контрольных точек на срединной линии позвоночника
В ходе развития аксоны завершают свои дальние путешествия, останавливаясь на промежуточных контрольных пунктах, называемых «станциями», где они меняют направление к следующей цели.
Чтобы отследить лежащую в основе этого молекулярную оркестровку, команда Яворски сосредоточилась на комиссуральных нейронах спинного мозга. Эти специализированные нейроны соединяют левую и правую половины центральной нервной системы и делают резкий поворот точно при пересечении срединной линии спинного мозга.
С помощью специализированного инструмента генетической изоляции исследователи собрали комиссуральные нейроны грызунов на четырех разных этапах развития и проанализировали их транскрипционную динамику с помощью одноклеточного РНК-секвенирования.
Анализ показал, что достижение станции на срединной линии вызывает транскрипционный сдвиг в ядре. Этот переключатель систематически меняет набор рецепторов и сигнальных молекул, доставляемых к кончику аксона, позволяя аксону отделиться от срединной линии и нацелиться на следующий анатомический ориентир.
План для восстановления спинного мозга и после инсульта
Эти открытия помогают преодолеть серьезное препятствие в регенеративной неврологии. Хотя современные биоинженерные подходы могут стимулировать рост поврежденных аксонов после травмы, их направление к соответствующим синаптическим партнерам остается чрезвычайно сложной задачей.
«Теперь, зная об этом генетическом переключателе в нейроне, мы можем быть на шаг ближе к поиску способа включить именно те гены, которые позволяют аксонам отрастать к своим правильным мишеням», — пояснил Яворски.
В общей сложности исследователи составили карты экспрессии генов более чем 12 000 отдельных нейронов, создав фундаментальный ресурс для сообществ, занимающихся разработкой нейронаук и регенеративной медицины.
«Мы начинаем видеть более полную картину навигации аксонов, выходя за рамки действий отдельных молекул», — добавил Яворски. «То, как целые группы генов сотрудничают для принятия решений о пути аксона, является захватывающим исследовательским вопросом, который область еще не до конца понимает».
```Свежие материалы — Новости науки

Активность мозга предсказывает рискованные решения за полсекунды до их принятия
Нейробиологи зафиксировали прямую активность электродов в орбитофронтальной коре человека. Они обнаружили два соседних контура, которые постоянно находятся в противостоянии: один подталкивает к риску, другой — к осторожности. Нейронные сигналы этих контуров предсказывают, примет челове

Префронтальная кора может блокировать творческое решение проблем
Исследователи обнаружили неожиданную роль медиальной префронтальной коры (мПФК) – области мозга, которая традиционно рассматривается как центр управления поведенческой гибкостью. Команда продемонстрировала, что мПФК может препятствовать решению задач, фиксируя мышей на старой привычке, известн
Геном мартышки открывает новые горизонты в исследовании болезни Альцгеймера
Недавнее исследование представило первый полный, непрерывный геном мартышки. Эта работа позволила точно картировать расположение 76 генов, связанных с болезнью Альцгеймера, а также идентифицировать новые варианты гена PSEN1. Полученные данные имеют огромное значение для дальнейшего изучения эт
Необычные переживания ведут к долгосрочному личностному росту
Новое исследование демонстрирует, что более половины людей, сообщающих о необычных переживаниях, испытывают положительные долгосрочные эффекты. Это показывает, что личная оценка диктует исход.
Воспалительные заболевания кишечника повышают риск психических расстройств
Воспалительные заболевания кишечника (ВЗК) увеличивают риск развития психических расстройств. Эта связь проявляется уже за три года до постановки диагноза ВЗК и может сохраняться на протяжении десяти лет после его установления.
ТГК значительно уменьшает кошмары, связанные с травмой, при ПТСР
Исследование, в котором приняли участие более 170 пациентов с посттравматическим стрессовым расстройством (ПТСР), выявило, что вечерние дозы Дронабинола, активного компонента конопли (ТГК), существенно сокращают количество кошмаров, связанных с травматическими переживаниями. Результаты ис