Das Gehirn besteht aus einer großen Sammlung von miteinander verbundenen Neuronen. Wie komplexe Muster der neuronalen Zellen wachsen in funktionierende Kreisläufe bei der Entwicklung fasziniert die Forscher seit Jahrzehnten. Ein team von Wissenschaftler an VIB und KU Leuven hat nun entdeckt eine neue Signalisierung Mechanismus in der Taufliege, der angibt, die Bildung von neuronalen Schaltkreisen im Gehirn.
Über 100 Milliarden Nervenzellen bilden ein Komplexes und zusammenhängendes Netz in unserem Gehirn, die uns erlauben, zu generieren, komplexe Denkmuster und Handlungen. Neuronen kommen in allen Größen und Formen, aber Sie haben meist lange zellfortsätze, die eine Verbindung zu benachbarten Zellen durch spezialisierte Daten-übertragungs-Strukturen, die man Synapsen nennt.
Wie dieses komplizierte Netzwerk nimmt Gestalt an, die während der frühen Entwicklung fesselt viele Neurowissenschaftler, darunter Prof. Dietmar Schmucker (VIB-KU Leuven), der eine Karriere aufgebaut das Studium der neuronalen Verdrahtung. „Die ordnungsgemäße Funktionsweise des Gehirns beruht auf sehr kontrollierte Verzweigung der neuronalen Zell-Erweiterungen, sogenannte Axone und Dendriten, und die korrekte Bildung von Synapsen an genauen Standorte entlang dieser äste“, sagt er. „Die Angabe synapse formation bestimmt, wo und wie viele mögliche verbindungen eines neuronalen Zelle ist „erlaubt“ zu bilden. Daher, controlling synapse zahlen an jedem neuronalen Zweig ist essentiell für die korrekte Bildung von komplexen schaltkreise im Gehirn.“
Ein neuer Spieler
Schmucker – team sich um die Entwicklung von Fliegen-Gehirn zu untersuchen, welche molekularen Kontrolle synapse formation in spezifischen subzellulären Kompartimenten. Mit einem genetischen single-cell-Ansatz konnten die Forscher label und manipulieren einzelne neuronale zellfortsätze in das Nervensystem der Fruchtfliege, einem beliebten Modellorganismus für die Neurowissenschaftler.
„Wir fanden Unterschiede in der neuronalen Verzweigungen und Synapsen zahlen an den einzelnen Fortsätzen von Neuronen des gleichen Typs“, erklärt Olivier Urwyler postdoc im Labor, die Entwicklung dieser neuen experimentellen system. Urwyler, jetzt Gruppenleiter an der Universität Zürich, herausgefunden, dass eine phosphatase genannt Prl-1 wurde maßgeblich für die Angabe des Speicherorts zu bilden, die höchste Dichte der synaptischen verbindungen auf einem bestimmten neuron.
In Fruchtfliegen, Verlust von Prl-1 führte zu Defekten in der Bildung neuronaler verbindungen in verschiedenen schaltungen, was darauf hindeutet, dass dieses protein phosphatase ist von grundsätzlicher Bedeutung den in-circuit-Bildung. Das team identifiziert, durch die Signalweg Prl-1 übt seine Funktion.
„Überraschend, es stellt sich heraus, dass einer der am meisten ubiquitär wirkenden Signalwege der Insulin-rezeptor/Akt/mTor-Signalweg, der in vielen physiologischen Reaktionen, die das Zellwachstum und Krebs, sagt Urwyler. „Die Beschränkung der subzellulären protein-Verteilung der Prl-1 an ein kleines Fach Ergebnisse in dieses mächtige Signal-Kaskade, um vor Ort zu steigern synapse formation.“
Von den Fliegen auf den Menschen?
Fliegt wirklich dass das fehlen von Prl-1 zeigen die gravierenden motorischen Probleme. Interessant ist, dass die Prl-1 ist fälschlicherweise überexprimiert und aus der Kontrolle, es kann fahren metastatischen Verhalten von Krebszellen.
Als Prl-1-Phosphatasen konserviert sind von Wirbellosen bis zu den Säugetieren, was könnte das bedeuten für die Menschen? Laut Schmucker, Ihre Präsenz in verschiedenen Regionen des menschlichen Gehirns bedeutet, dass die Prl-1-Phosphatasen sind bereit, die Funktion in einer ähnlichen Weise bei Wirbeltieren die Entwicklung des Gehirns:
„Die unterteilte Einschränkung von Prl-1 könnte als eine Besonderheit Faktor zur Steuerung der präzisen Feinabstimmung von synaptischen verbindungen im menschlichen Neuronen als auch, ähnlich wie die Effekte, die wir gezeigt haben, die für die Montage der neuronale schaltkreise und Synapsen von Fruchtfliegen ein.“