Pochopení toho, jak neurony migrují přeplněnou mozkovou tkáň

Ve vyvíjejícím se mozku musí neurony procházet komplexní a často přeplněnou tkáň, aby dosáhly svých konečných destinací – tento proces je zásadní pro správnou tvorbu a funkci mozku. Podobně jako to, jak bychom si mohli vybrat různé metody lokomoce v závislosti na terénu, neurony zjevně používají odlišné migrační strategie založené na různých faktorech.

Přesněji řečeno, vědci pozorovali odlišné migrace Mechanismy napříč různými typy neuronů. Například migrační interneurony předního mozku používají myosin k vyvíjení tlačící síly na jádro, zatímco cerebelární granule neurony v kultivačních jídlech používají k vytvoření trakční síly, která táhne jádro. Přesné mechanismy upravující tyto migrační režimy však zůstávají podezřelé, zejména to, jak neurony mění strategie v reakci na změny životního prostředí.

V nedávné studii výzkumný tým vedený přednášejícím Naotakou Nakazawou z ministerstva energetiky a materiálů, fakultou vědy a inženýrství, Kindai University v Japonsku, zjistil, že neurony mohou přepínat mezi různými migračními režimy v závislosti na tom, zda se pohybují přes nezatemněné ploché povrch nebo vymačknou přes omezené trojrozměrné prostory. Jejich článek odhaluje sofistikovaný mechanismus mechanismu, který neuronů umožňuje přizpůsobit jejich strategii pohybu k navigaci složité architektury Rozvíjení mozku.

Studie byl spoluautorem Mineko Kengaku z Kyoto University, Gianluca Grence z Národní univerzity v Singapuru, Yoshitaka Kameko z Shibaura Institute of Technology a Keiko Nonomura z Kyoto University. Tento článek byl Publikováno v Buněčné zprávy 25. března 2025.

„V předchozích pozorováních jsme si všimli, že jádro v migračních neuronech bylo významně deformováno v mozková tkáň. Současně migrační neurony někdy vykazovaly dynamiku odlišnou od uváděných, „vysvětluje Nakazawa.

Použití inovativních technik včetně mikrofluidních zařízení, Počítačové simulacea živé zobrazování mozkových buněk a tkání vědci pozorovali migraci neuronů cerebelární granule-typ neuronu nalezeného v mozečku-v dvourozměrném (2D) i trojrozměrném (3D) prostředí.

Ve 2D kulturách Proteinový komplex Odpovědný za pohyb – actomyosin – konzolates na přední straně migrujícího neuronu a tahá buňka dopředu. Když se však stejné neurony setkávají s omezenými 3D prostory, přerozdělují tento stroj na zadní stranu buňky a vytvářejí tlačící sílu, která pomáhá stisknout buňku těsnými prostory.

Klíčem k tomuto adaptivnímu chování je mechanosenzitivní proteinový kanál zvaný piezo1, který detekuje mechanický stres, když se neurony pokoušejí projít omezenými prostory. Když se aktivuje, PIEZO1 spustí do buňky přítok vápníku a iniciuje signalizační kaskádu, která přemístí motorické proteiny buňky do zadní membrány. Toto přemístění generuje kontraktilní síly, které pomáhají pohánět buňku vpřed skrz úzké pasáže.

Vědci potvrdili kritickou roli PIEZO1 tím, že prokázali, že neurony postrádající tento protein by mohly normálně migrovat v nekonfikovaném prostředí, ale při navigaci omezených prostorů výrazně bojovaly. Tato zjištění zpochybňují předchozí předpoklady, že různé typy neuronů neodmyslitelně používají různé migrační strategie, což naznačuje, že neurony mají schopnost přizpůsobit mechanismy pohybu na základě jejich bezprostředního okolí.

Kromě toho, že poskytují hluboký vhled do důležitých biologických aspektů migrace neuronů, mohou mít nálezy této studie také relevantní lékařské důsledky.

„Když je mozek poškozen, neuronální prekurzory zvané neuroblasty migrují do léze,“ říká Nakazawa. „V budoucnu mohou naše zjištění pomoci vyvinout terapeutické techniky k obnovení funkce mozku zvýšením migrace neuronů v omezených prostorech mozkové tkáně.“

Stojí za zmínku, že mechanismy, na nichž je základní migrace buněk, jsou pro mnohé zásadní biologické procesy Za mozkem, včetně embryonálního vývoje, imunitních odpovědí a metastáz rakoviny. Například rakovinné buňky musí během metastáz procházet různými tkáňovými prostředími a potenciálně využívat podobné adaptivní strategie jako neurony.

Pochopení toho, jak buňky cítí a reagují na fyzikální omezení, by proto mohlo informovat nové přístupy k diagnostice a léčbě podmínek od vývojových poruch po metastatický rakovina.

Více studií v této zajímavé oblasti by mohlo pomoci objasnit, jak neurony a další typy buněk najdou cestu v našem těle.

Poskytuje Univerzita Kinki