Покадровые изображения показывают отталкивающее поворачивание конуса роста нейронов в ответ на повышенную концентрацию ионов кальция (звездочка) (масштабная линейка, 10 мкм). (c) Такуро Тодзима, 2010 г
Во время развития нервной системы новорожденные нейроны расширяют аксоны к удаленным целям, а затем образуют связи с другими клетками. Этот процесс зависит от конуса роста, динамической структуры на кончике растущего аксона нейрона, которая обнаруживает привлекательные и отталкивающие сигналы управления. Многие молекулы, направляющие аксоны, были идентифицированы, и их функции хорошо изучены, но неясно, как именно они вызывают поворот конуса роста.
Хироюки Камигучи из Института науки о мозге RIKEN, Вако, и его коллеги показали, что отталкивающее вращение конуса роста вызывается процессом, называемым эндоцитозом1, в результате чего части мембраны конуса роста удаляются и усваиваются.
Эндоцитоз происходит постоянно во всех нейронах для удаления рецепторов и других мембранных белков для повторного использования и для поглощения нейромедиаторов после их высвобождения. Это опосредуется молекулой под названием клатрин, которая вызывает образование сферических «ямок» в мембране, которые затем втягиваются в клетку.
Помечая клатрин флуоресцентным маркером и наблюдая за клетками под микроскопом, группа Камигучи визуализировала образование и движение ямок в конусах роста ганглиозных клеток дорзального корешка у эмбриональных цыплят. Они наблюдали ямки, появляющиеся на краях конусов роста, которые затем перемещались к центру. Миграция ямок была значительно замедлена блеббистатином, небольшой молекулой, которая ингибирует моторный белок миозин II, который перемещает структуру, называемую цитоскелетом, к центру конуса роста, что позволяет предположить, что ямки связаны с цитоскелетным потоком.
Затем исследователи индуцировали локальное повышение концентрации ионов кальция в конусах роста, имитируя их реакцию на отталкивающие сигналы наведения. На той стороне, где было повышено содержание кальция, возник асимметричный эндоцитоз, который повернул конусы роста в другую сторону.
Однако, когда Камигучи и его коллеги добавили соединения, которые ингибируют эндоцитоз, они устранили отталкивающее поворачивание в ответ либо на повышенную концентрацию кальция, либо на отталкивающие молекулы, направляющие аксоны. Напротив, они показали, что индукции асимметричного эндоцитоза в отсутствие ориентиров и локального повышения концентрации кальция было достаточно, чтобы вызвать поворот конуса роста.
Они также подсчитали, что эндоцитоз удаляет не менее 2% мембраны конуса роста каждую минуту, что соответствует 72% общей площади поверхности в течение всего процесса поворота.
«Теперь мы знаем, что отталкивающее поворачивание зависит от асимметричного эндоцитоза молекул адгезии на поверхности конуса роста, – говорит Камигучи, – но мы думаем, что для этого также требуется интернализация и переработка многих других неидентифицированных молекул.«Команда проводит масштабный анализ, чтобы найти их.