Časově citlivý genetický spínač pro pohlavně specifické rysy vyvíjejících se neuronů

Vědci zjistili, že přesně načasovaná transkripce dvou genů pojmenovaných grim a reaper je zodpovědná za cílenou smrt neuronů ve vyvíjejícím se nervovém systému samic much. Tato skupina neuronů normálně přežívá u mužů a hraje klíčovou roli v nervových okruzích, které jsou základem písně námluv.

U dospělých se rodí více buněk, než je potřeba

Neurony jsou vysoce specializované na plnění specifických rolí. Například neurony, které inervují svaly, jsou extrémně dlouhé, takže mohou dosáhnout z nervový systém ke svým vzdáleným cílům v těle, zatímco jiné typy neuronů, které komunikují s blízkými buňkami, jsou vysoce rozvětvené a překlenují krátké vzdálenosti.

K vybudování funkčního nervového systému potřebujete správný typ komponent a správný počet těchto komponent. Jeden klíčový mechanismus, který řídí toto vzorování, je naprogramován buněčná smrt během vývoje.

Buněčná smrt modeluje nervový systém delecí, což zajišťuje, že je přítomen vhodný počet specifických neuronových subtypů, takže je lze později ve vývoji propojit.

„Stejně jako Michelangelo vyřezal sochu Davida z obrovského bloku mramoru známého jako ‚obr‘, segmentové a pohlavně specifické obvody v mouše jsou vyřezány kus po kusu z vyvíjejících se neuronů pomocí programované buněčné smrti. Navzdory desetiletím práce na molekulách, které provádějí programovanou buněčnou smrt, je málo známo o mechanismech, které řídí, kdy a kde k tomu dochází v Ústavu rozvoje Neuroby,“ řekl Dr. Psychiatrie, psychologie a neurovědy (IoPPN).

Geny grim a reaper jsou nezbytné pro vytvoření dospělého nervového systému

V nové studii vědci z King’s College London z IoPPN’s Center for Developmental Neurobiology zkoumali, jak jsou vyvíjejícím se neuronům přidělovány jejich budoucí role u dospělé mouchy.

Jejich článek, „Rozmístění proapoptotických RHG genů reaper and grim během neurogeneze a složení neuronové sítě specifické pro pohlaví u Drosophila, je zveřejněno v Rozvoj.

Vědci zjistili, že transkripce dvou genů pro smrt, nazývaných reaper a grim, rozhoduje o osudu buněk selektivním zabíjením těch, které nebudou v dospělém nervovém systému vyžadovány v procesu známém jako programovaná buněčná smrt.

„Tato práce je jednou z nejvíce vzrušujících věcí, které z naší laboratoře vzešly. Koncepční rámec, který předkládá, a její důsledky jsou překvapivé. Práce nám dává nahlédnout do logiky toho, jak mohou být linie neuronů jemně vyladěny během vývoje a evoluce,“ komentoval Dr. Darren Williams, hlavní autor studie.

„Až dosud byl tento specifický typ buněčné smrti z velké části ignorován, i když odstraňuje více než polovinu neuronů, které se rodí v mouchách.“

Časově specifický genetický spínač řídí selektivní smrt „neuronů písně“ u žen

Pomocí fluorescenčních značek a nových genetických nástrojů tým testoval, zda rozdíly v nervovém systému mezi pohlavími byly způsobeny přesně načasovanými událostmi genové exprese.

V určitých oknech během vývoje podskupina neuronů u samic much zemře. Tyto neurony jsou vyžadovány u dospělých mužů, aby produkovaly „píseň lásky“, kterou ženy poslouchají během námluv.

Když vědci odstranili reaper a grim z vyvíjejících se much, tato podskupina neuronů zůstala v samicích, což ukazuje, že tento proces buněčné smrti je nástrojem pro určení nervových rozdílů mezi pohlavími.

Tým také uměle zapnul gen, který způsobuje, že se mouchy vyvinou v samice, v malém počtu neuronů u samců. Zjistili, že to „zvýšilo“ úroveň grim a reaper výrazu a zabilo stejný typ neuronů, které přirozeně umírají u vyvíjejících se samic.

Toto stejné „zapnutí“ programu smrti těsně po zrození neuronu také vytváří regionální rozdíly v celé délce nervového systému. Pochopení toho, jak jsou takové vzorce smrti organizovány během rozvoj je zásadní pro pochopení toho, jak se buduje nervový systém.

„Když jsme viděli, že rozdíly mezi mužským a ženským nervovým systémem byly regulovány tímto specifickým způsobem smrti v neuronech, které se nedávno zrodily, uvědomili jsme si, jak kritický typ smrti je pro tvarování vyvíjejících se nervových obvodů,“ řekl Dr. Connor Sproston, první autor studie.

Výzkum byl proveden ve spolupráci s výzkumníky na Tokijské univerzitě vědy a technologie.

„Schopnost spolupracovat s laboratoří Kondo skutečně povznesla práci prostřednictvím generace výkonných nových genetických nástrojů. Návštěva Dr. Kondo v létě 2019 byla jednoznačným vrcholem mého času, kdy jsem pracoval na projektu,“ řekl Dr. Connor Sproston, první autor studie.