Основной принцип нейронного развития заключается в том, что молодые нейроны создают гораздо больше связей, чем они фактически используют, с очень небольшой специфичностью. Они выборочно поддерживают только те, которые им в конечном итоге понадобятся. Как только многие из этих связей установлены, мозг применяет стратегию «используй или теряй»; если последующий опыт организма стимулирует синапс, он укрепится и выживет. В противном случае синапс ослабнет и со временем исчезнет.
Исследователи из лаборатории Хироки Танигучи в Институте нейробиологии им. Макса Планка Флориды (MPFI) опубликовали в eNeuro исследование в мае 2017 года, впервые показывающее, что уникальный тип тормозящего интернейрона, называемый клетками-канделябрами, причастен к нескольким заболеваниям головного мозга, таким как как шизофрения и эпилепсия – похоже, развивают свои связи иначе, чем другие типы нейронов.
У нейронов есть несколько дендритов – тонких выступов, через которые они получают входные данные от многих других клеток, но только один аксон, где вся информация, которую получает клетка, объединяется и отправляется как единый исходящий сигнал. Аксоны большинства клеток достигают и образуют синапсы на дендритах или телах других клеток, но клетки-канделябры исключительно тормозят синапс на начальных сегментах аксонов других клеток (AIS), прямо там, где клетка начинает посылать свой собственный сигнал по аксону. В этом месте ячейки люстры имеют большее влияние на поведение других ячеек. "Ячейки люстры – последний привратник потенциала действия," сказал доктор. Танигучи. "Мы считаем, что эта роль делает их особенно важным фактором в борьбе с эпилепсией, когда чрезмерное возбуждение бесконтрольно распространяется по всему мозгу".
Используя свои собственные недавно разработанные методы генетической маркировки для отслеживания этих клеток на раннем этапе развития у мышей, Танигучи и его команда заметили, что, как и большинство нейронов, клетки реконструировали свою аксональную организацию в процессе развития. Они также обнаружили чрезмерное варикозное расширение аксонов, которое морфологически считалось синаптическими структурами.
Чтобы выяснить, действительно ли эти варикозные узлы содержат синаптические молекулы, команда с помощью методов трансплантации экспрессировала синаптические маркеры в клетках люстры.
То, что они обнаружили, было удивительно. Только те варикозные узлы, которые были связаны с AIS, содержали синапсы – остальные оказались пустыми на протяжении всего развития. Это также подтверждается их ультраструктурами, полученными с помощью электронной микроскопии.
Эти результаты дают большой ключ к пониманию того, как этот важный тип ячеек правильно соединяет уникальную цепь.
Теперь исследователи должны спросить: для чего эти пустые варикозные узлы служат и какие молекулы помогают направлять ячейки люстры для распознавания AIS?
Команда планирует использовать визуализацию живых клеток, чтобы изучить функцию пустого варикозного расширения в аксональной проводке. "Должны быть некоторые гены, которые необходимы и, возможно, также достаточны, чтобы направлять аксоны люстры к этой субклеточной мишени," сказал Андре Стейнеке, Ph.D., Постдокторант и ведущий автор исследования. Он объяснил, что вполне вероятно, что эти гены не функционируют должным образом во время развития у пациентов, страдающих шизофренией, эпилепсией или другими заболеваниями. После выявления они могут стать ценными мишенями для разработки лекарств. Будущие исследования молекулярных и клеточных механизмов разводки элементов люстр откроют важную информацию о том, как тормозные цепи собираются во время разработки.