Neue Einblicke in, wie Neuronen Ihre Aktivität regulieren

Neue Einblicke in, wie Neuronen Ihre Aktivität regulieren

Nervenzellen kommunizieren durch die übergabe der elektrischen Nachrichten, bekannt als action-Potentiale zwischen einander. Jedes neuron hat eine hoch spezialisierte strukturelle region, die axon initial segment (AIS), deren primäre Rolle in der Generierung und versenden von diesen Nachrichten. Die AIS Unterziehen änderungen in Größe und Lage in Reaktion auf änderungen eines Neurons das kontinuierliche elektrische Aktivität. Aber, bis jetzt, alle Z ‚AIS Plastizität‘ war außergewöhnlich langsam, die über einen Zeitraum von Tagen. Arbeiten die Forscher des MRC-Zentrum für Entwicklungs-Neurobiologie (MRC CDN), hat festgestellt, dass die AIS-Plastizität kann schnell passieren, beeinflussen die Art und Weise Zellen aktionspotenziale. Diese Ergebnisse wurden veröffentlicht in der online-Ausgabe der Fachzeitschrift Cell Reports.

Cultured Hippocampal Dentate Granule Cell
Dies ist ein kultivierten hippokampalen Gyrus granule cell, mit dem Ausdruck der optogenetische Werkzeug channelrhodopsin-YFP-Zelle-Breite (grün) und immunostained für die master-AIS-Organisation Molekül ankyrin-G (magenta).
Credit: Mark Evans

Befindet sich in der Nähe der start des axon, neuron die wichtigsten output-Struktur, die AIS hat eine entscheidende Rolle in kick-Start Kommunikation zwischen den Gehirnzellen. Aber für AIS-Plastizität spielen eine Prominente Rolle im Gehirn Reaktionen, die zu veränderten Aktivitäten, die Struktur muss in der Lage sein, zu ändern, viel schneller als zuvor angezeigt wurde. Aus diesem Grund, Evans, Dumitrescu und Kollegen beschlossen zu untersuchen, wie schnell ein AIS geändert werden können. Mit einer Technik namens „optogenetik“, die erlaubt die genaue Kontrolle neuronaler Aktivität durch Licht, entdeckten Sie, dass 3 Stunden nach der Erhöhung der neuronalen Aktivität, die AIS von hippokampalen Neuronen in Kultur verkürzt wurde um etwa 25%.

„Wir wussten, dass dies Teil eines Neurons verändern könnte, aber wir hatten keine Ahnung, dass es passieren könnte, dass Sie so schnell wie diese. Etwas, das ein Gehirn Zelle 3 Stunden klingt vielleicht nicht besonders schnell, aber für eine große Struktur wie AIS, es ist wirklich überraschend schnell!“, sagte senior-Autor Matthew Grubb, Dozent an der MRC-CDN.

Was bedeutet eine kürzere AIS bedeutet das für die Funktion eines Neurons? Die Forscher erwarten, dass diese Neuronen weniger erregbar und würde deshalb senden weniger aktionspotentiale. Allerdings, zu Ihrer überraschung, nach 3 Stunden anhaltende neuronale Aktivierung, die Neuronen mit kürzeren AISs waren funktionell nicht von Ihrer unstimuliertem Kollegen. Es stellte sich heraus, dass eine zweite form von Plastizität war auch in Aktion, die gleichzeitig als AIS-Verkürzung, mit molekularen Veränderungen, die zu den Proteinen, die Fahrt aktionspotential-Generierung – voltage-gated sodium channels. Dieser Natrium-Kanal-modulation gehandelt, um die balance aus jedem der neuronalen Erregbarkeit Veränderungen durch AIS zu verkürzen.

„Ich war überrascht zu entdecken, dass die AIS-Verkürzung nicht sofort führen zu einer Reduktion der neuronalen Erregbarkeit. Das zusammenspiel zwischen AIS Verkürzung und Natrium-Kanal-modulation wurde eine faszinierende Lektion in der Fähigkeit des Neurons, zur balance sein Niveau der Erregbarkeit.“, sagte Mark Evans, co-erste Autor der Studie“.

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