Ученые из Tokyo Tech сделали важное открытие, касающееся развития специфичных для слоев аксональных связей в развивающейся зрительной системе мух дрозофилы. Это открытие дает ценную информацию о том, как устроены нейроны в развивающемся мозге. Обнаруженные нами молекулярные механизмы могут служить универсальным принципом подключения аксонов и у высших животных. Мы предполагаем, что наши результаты помогают стабилизировать регенерирующие аксоны до желаемой глубины в слоях мозга, например, при трансплантации нейронов после травмы.
Мухи дрозофилы, которые являются обычным модельным организмом в лабораторных исследованиях, обладают многослойной зрительной системой, как и другие животные, включая человека. Чтобы зрительная система функционировала должным образом, каждый слой должен получать определенные связи от определенных популяций нейронов. Чтобы это произошло, аксоны в развивающейся нервной системе должны вырасти до своих целевых слоев, а затем сформировать там стабильные связи.
Чтобы определить, как образуются эти стабильные связи, группа Такаши Судзуки исследовала роли двух белков, названных LAR и Ptp69D, которые необходимы группе светочувствительных клеток, называемых фоторецепторами R7, для правильного проецирования аксонов в шестой слой (M6) визуальная область, называемая мозговым веществом в мозге дрозофилы. Их работы опубликованы в eLife.
Группа сначала создала эмбриональных мух с двойным мутантом, у которых фоторецепторы R7 не экспрессировали гены LAR и Ptp69D. У этих мух более 80% аксонов R7 не завершались в слое M6. Первоначально аксоны достигают слоя M6, но по мере развития они часто втягиваются и полностью выходят из мозгового вещества.
Затем они использовали систему экспрессии генов с контролируемой температурой, чтобы определить, как кумулятивная экспрессия LAR и Ptp69D влияет на послойную терминацию аксонов R7. На самом низком кумулятивном уровне экспрессии почти все аксоны R7 оканчивались за пределами мозгового вещества, но по мере того, как кумулятивные уровни экспрессии повышались до нормальных физиологических уровней, для аксонов R7 стало обычным завершаться в слое M6.
Они продолжили свои исследования, выборочно повторно введя LAR или Ptp69D в мух с двойным мутантом. Повторное введение любого из белков восстановило терминацию аксона R7 в мозговом веществе, но этот эффект спасения был подавлен, когда ученые использовали мутации для удаления частей восстановленных белков, которые влияют на функции внутри нейронов. Это предполагает, что внутриклеточная передача сигналов от LAR и Ptp69D играет ключевую роль в формировании стабильных связей в мозговом веществе.
Интересно, что восстановление LAR привело к тому, что аксоны R7 в основном оканчивались в слоях M0 и M6, тогда как восстановление Ptp69D приводило к аксонам R7, оканчивающимся в слое M3. Белки, такие как LAR и Ptp69D, связываются с молекулами-мишенями, называемыми лигандами, и это наблюдение предполагает, что слои M0 и M6 содержат лиганды для LAR, а слой M3 содержит лиганды для Ptp69D. Присутствие соответствующих лигандов могло бы заставить LAR и Ptp69D образовывать стабильные связи для аксонов R7.
Взятые вместе, эти результаты дают важную информацию о том, как проекции аксонов нацелены на развивающуюся зрительную систему. Эффекты LAR и Ptp69D были как аддитивными, поскольку совокупная экспрессия определяла точность нацеливания аксонов на мозговое вещество, так и специфичными для белков, поскольку LAR и Ptp69D имели тенденцию направлять аксоны в разные слои мозгового вещества. Основной задачей будущих исследований будет идентификация лигандов LAR и Ptp69D, которые, как предполагается, опосредуют это специфичное для слоя нацеливание.