به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، در مغزهای در حال رشد، رقابت سیناپسی برای تسهیل حذف سیناپس شناخته شده است. با این حال، ناشناخته مانده است که چگونه سیناپس‌های مختلف با یکدیگر در یک سلول پس سیناپسی رقابت می‌کنند. در همین راستا محققان با استفاده از آزمایش روی سلول‌های میترال موش ( یک نوع نورون در سیستم بویایی)، این سلول‌ها را از طریق فرآیند Pruning سیناپسی دخیل در رشد مغز را روشن کردند. این تحقیق نشان می‌دهد که نورون‌های دریافت کننده سیگنال انتقال دهنده عصبی از طریق مسیرهای شیمیایی خاص محافظت می‌شوند در حالی که سایر دندریت‌ها در همان سلول تحت Pruning قرار می‌گیرند. این مطالعه یک سیستم "محافظت/تنبیه" ظریف را نشان می‌دهد که بر Pruning سیناپسی حاکم است. درک این فرآیند می‌تواند به درک اختلالات عصبی فیزیولوژیکی مانند اسکیزوفرنی و اوتیسم کمک کند.

Pruning سیناپسی

در سیستم عصبی پستانداران، نورون‌ها در ابتدا اتصالات قوی و زیادی ایجاد می‌کنند و سپس تحت بازسازی وابسته به فعالیت قرار می‌گیرند تا مدارهای عصبی بالغ را تشکیل دهند. در مقایسه با فرآیند هدایت نوریت، مکانیسم فرآیند بازسازی به خوبی شناخته نشده است. زیرا به طور کامل درک نشده است که چگونه سیناپس‌ها به طور فعال حذف و یا تقویت می‌شوند. این درحالی است که رقابت سیناپسی برای تسهیل حذف سیناپس در طول فرآیند بازسازی شناخته شده است. در ابتدا چندین آکسون یک هدف سیناپسی را عصب دهی می‌کنند. با این حال، همه به جز یکی از این آکسون‌ها در طول توسعه هرس می‌شوند. رقابت درون عصبی برای دندریت‌ها نیز شناخته شده است (به عنوان مثال، یک یا چند دندریت دریافت کننده ورودی مشترک تثبیت می شوند، در حالی که بقیه در داخل یک نورون هرس می شوند). با این حال، در هر دو مورد، هر سلول پس سیناپسی فقط یک گروه از ورودی‌های پیش سیناپسی را به عنوان برنده انتخاب می‌کند و ورودی‌های مازاد را به عنوان بازنده حذف می‌کند، که نشان می‌دهد رویدادهای وابسته به فعالیت که در یک سلول پس سیناپسی رخ می‌دهند، نقش کلیدی در رقابت دارند..

نقش انتقال دهنده عصبی گلوتامات در Pruning سیناپسی

 انتقال دهنده عصبی گلوتامات در Pruning سیناپسی بسیار مهم است. هنگامی که گلوتامات در یک دندریت به گیرنده NMDAR خود متصل می‌شود، مولکولی به نام RhoA را که بخشی از دستگاه Pruning است سرکوب می‌کند و در نتیجه از Pruning شدن آن دندریت محافظت می‌کند. دندریت‌هایی که سیگنال مستقیم گلوتامات را دریافت نمی‌کنند، تحت یک فرآیند دپلاریزاسیون قرار می‌گیرند که باعث فعال شدن RhoA می‌شود و در نتیجه Pruning آنها را تقویت می‌کند. این کشف بینش ارزشمندی را در مورد چگونگی حفظ برخی اتصالات عصبی در حالی که برخی دیگر در طول توسعه حذف می‌شوند، ارائه می‌دهد.

سلول‌های میترال موش

 محققان در این مطالعه از سلول‌های میترال موش برای مطالعه خود استفاده کردند، زیرا این سلول‌ها در طول رشد از داشتن چندین اتصال به یک اتصال قوی تبدیل می‌شوند و فرآیند Pruning را که در بافت وسیع‌تر رشد مغز مشاهده می‌شود، منعکس می‌کنند. این تیم با استفاده از سلول‌های میترال موش (نوعی نورون در سیستم بویایی) دریافتند که وقتی نورون‌ها سیگنال انتقال دهنده عصبی را دریافت می‌کنند، دندریت دریافت‌کننده از طریق یک سری مسیرهای شیمیایی محافظت می‌شود. در همان زمان، دپلاریزاسیون باعث می‌شود دندریت‌های دیگر همان سلول از مسیر متفاوتی عبور کنند که Pruning را تقویت می‌کند. مطالعه آنها در مجله Developmental Cell منتشر شد.

نحوه بازسازی مدار عصبی

اینکه نورون‌ها چگونه به یکدیگر متصل می‌شوند و خود را بازسازی می‌کنند، یک سوال اساسی در نوروبیولوژی است. مفهوم کلیدی در پشت شبکه‌سازی مناسب در ایجاد و تقویت ارتباط نورون‌ها با سایر نورون‌ها در حین Pruning کردن نورون‌های بیش از حد و نادرست است. تاکشی ایمای از دانشکده علوم پزشکی دانشگاه کیوشو که این مطالعه را رهبری می‌کرد، توضیح می‌دهد که این یک فرآیند پالایش است که برای بلوغ مناسب مغز اساسی است."

مکانیسم Pruning یا حذف اتصالات عصبی

در طول دهه‌ها، محققان - از جمله پروفسور ایمای - روند اساسی چگونگی شکل‌گیری نورون‌ها و تقویت اتصالات آنها را بررسی کرده‌اند. با این حال، یک شکاف بزرگ در این فرآیند وجود داشت که افراد کمی آن را بررسی می‌کردند: چگونگی حذف اتصالات. «حذف اتصالات عصبی، چیزی که ما آن را Pruning می نامیم، چیزی بود که همه در این زمینه می دانستند و مشاهده کردند. اما اگر به ادبیات نگاه کنید، در مورد مکانیسم دقیقی که این فرآیند را هدایت می‌کند، مطالعه کافی وجود ندارد.» نویسنده اول ساتوشی فوجیموتو توضیح می‌دهد. از بین بردن اتصالات در همه جای سیستم عصبی اتفاق می‌افتد، به عنوان مثال در اتصالات عصبی عضلانی، نورون‌هایی که سیگنال‌هایی را برای حرکت به عضلات شما ارسال می‌کنند. در ابتدا، فیبرهای عضلانی ورودی‌های بسیاری از نورون‌های حرکتی دریافت می‌کنند. همانطور که رشد می‌کنید، این اتصالات به خوبی تنظیم می‌شوند، جایی که برخی تقویت می‌شوند و برخی دیگر حذف می‌شوند، تا زمانی که فقط یک نورون به یک فیبر عضلانی متصل شود. به همین دلیل است که در سنین پایین کنترل و هماهنگی حرکتی نامناسبی دارید.

شیوه مطالعاتی

ما تصمیم گرفتیم بررسی کنیم که دقیقاً چه اتفاقی در نورون‌ها در طول بازسازی می‌افتد، بنابراین، ما به دنبال استفاده از سلول‌های میترال موش، نوعی سلول در حباب بویایی، مرکز مغزی که در حس بویایی ما دخیل است، پرداختیم. در بزرگسالان، سلول‌های میترال یک اتصال واحد به یک ایستگاه راهنما به نام گلومرول دارند. اما در مراحل اولیه رشد سلول‌های میترال شاخه‌هایی را به بسیاری از گلومرول‌ها ارسال می‌کنند. با گذشت زمان، این شاخه‌ها Pruning می‌شوند تا یک اتصال قوی ایجاد کنند. در نهایت، سلول‌های میترال می‌توانند تنها نوع خاصی از بو را استشمام کنند.»

یافته‌های حاصل از مطالعه

ابتدا، تیم دریافتند که امواج خود به خود انتقال دهنده عصبی گلوتامات در پیاز بویایی Pruning دندریت را تسهیل می‌کند. سپس تیم بر مسیرهای سیگنال دهی داخلی سلول میترال متمرکز شد. چیزی که آنها پیدا کردند یک ماشین حفاظت/تنبیه منحصر به فرد بود که اتصالات خاصی را تقویت می‌کرد و Pruning سایرین را آغاز می‌کرد. ما دریافتیم که در سلول‌های میترال، سیگنال‌های گلوتامات برای Pruning ضروری است.

RhoA برای شروع فرآیند Pruning ضروری است

 در این مطالعه ما مشاهده کردیم که زمانی که گلوتامات به گیرنده NMDAR خود در دندریت متصل می‌شود، مولکول دستگاه Pruning به نام RhoA را سرکوب می‌کند. "این سیگنال "ذخیره من" برای محافظت از آن در برابر Pruning مهم است." با ورود گلوتامات، سلول میترال نیز دپلاریزه شده و سیگنالی را ارسال می‌کند. این تیم همچنین دریافت که دپلاریزاسیون باعث فعال شدن RhoA در سایر دندریت‌های همان سلول می‌شود و فرآیند Pruning را آغاز می‌کند. به عبارت ساده، دندریتی که سیگنال مستقیم گلوتامات را دریافت می‌کند محافظت می‌شود، در حالی که دندریت‌های دیگر Pruning می‌شوند. ایمای توضیح می‌دهد: «این سیگنال «تنبیه» برای حذف سیناپس‌ها فقط روی سیناپس‌های محافظت‌نشده عمل می‌کند، و توضیح می‌دهد که چگونه تنها یک اتصال قوی برنده می‌شود و بقیه واسطه‌های ورودی‌های ضعیف و پر سر و صدا بازنده می‌شوند. یافته‌های این تیم اطلاعات جدیدی از مرحله نادیده گرفته شده اما حیاتی در رشد عصبی را نشان می‌دهد.

پیام آخر

Pruning صحیح اتصالات عصبی به اندازه تقویت شبکه مهم است. اگر در هر دو جهت نادرست باشد، می‌تواند منجر به انواع مختلف اختلالات عصبی فیزیولوژیکی شود. ارتباط بسیار کمی با اسکیزوفرنی مرتبط است، در حالی که برای مثال در افراد مبتلا به اختلال طیف اوتیسم ارتباطات بسیار زیادی مشاهده شده است. ایمای می‌گوید. "برای درک این نوع آسیب شناسی ها، باید به دقت به هر مرحله از توسعه نگاه کنیم."

پایان مطلب/.