Во время развития мозга нервные волокна растут и расширяются, образуя мозговые цепи. Этот рост определяется молекулярными сигналами (рис. 1), но неясно, как именно эти сигналы направляют расширение аксона. Такуро Тодзима и его коллеги из Института науки о мозге RIKEN обнаружили сигнальные пути, ответственные за поворот растущих нервных волокон или аксонов в направлении или от сигналов наведения.
Ранее исследователи показали, что отталкивающие аксоны сигналы действуют, вызывая удаление клеточной мембраны – процесс, называемый эндоцитозом – со стороны аксона, ближайшей к отталкивающей реплике. Известно, что фермент PIPKIγ90 участвует в эндоцитозе аксонов во время определенных типов синаптической активности, поэтому исследователи исследовали, играет ли PIPKIγ90 роль в эндоцитозе во время поворота аксонов. Изучая развивающийся мозг куриных эмбрионов, экспрессирующих неактивную форму PIPKIγ90, исследователи обнаружили, что сигналы, обычно вызывающие эндоцитоз, больше не эффективны в отражении роста аксонов.
Сигналы, которые обычно привлекают аксоны, делают это путем присоединения мембран – экзоцитоза – на стороне аксона, ближайшей к сигналу, а также путем подавления эндоцитоза. Команда Тодзимы обнаружила, что аксоны продолжали привлекаться к таким сигналам даже в отсутствие PIPKIγ90, предполагая, что передача сигналов PIPKIγ90 не участвует в привлечении аксонов.
Известно, что активность PIPKIγ90 регулируется ферментом CDK5, субъединица которого связывается с протеинкиназой CaMKII. Исследователи обнаружили, что, подавляя CDK5 или CaMKII и тем самым блокируя регуляцию PIPKIγ90, которая необходима для подавления эндоцитоза, эндоцитоз может происходить в ответ на сигналы притяжения.
Однако они также обнаружили, что блокирование CDK5 или CaMKII не оказывало никакого эффекта на эндоцитоз, если нейроны экспрессировали мутантную версию PIPKIγ90, на которую не влияла передача сигналов CDK5 и CaMKII. Поскольку ингибиторы CDK5 или CaMKII не изменяли эндоцитоз в ответ на отталкивающие сигналы, результаты команды показывают, что разные сигнальные пути несут ответственность за поворот аксонов в направлении или от ориентировочных сигналов.
Кроме того, Тодзима и его коллеги показали, что они могут вызывать притяжение аксонов к лекарствам, ингибирующим эндоцитоз, предполагая, что способность контролировать направление роста аксонов имеет потенциальные терапевтические применения. "Мы надеемся, что наши результаты помогут в разработке будущих терапевтических стратегий для перестройки нейронных сетей после травм спинного мозга и нейродегенеративных заболеваний," объясняет Тодзима.