O descoperire genetică aduce noi perspective asupra reparării conexiunilor neuronale afectate
O nouă descoperire realizată de neuroscienți de la Carney Institute for Brain Science al Universității Brown contestă convingerile de lungă durată în neurobiologie referitoare la modul în care neuronii își extind axonii pentru a ajunge la țintele dorite.
Rezultatele, publicate în PNAS, oferă ceea ce autorii numesc un „atlas genetic” al dezvoltării neuronale și reprezintă un potențial avans în înțelegerea modului de reparare a conexiunilor neuronale deteriorate în condiții precum accidentele vasculare cerebrale și leziunile măduvei spinării.
„Am descoperit că, în timpul dezvoltării, neuronii activează și dezactivează grupuri întregi de gene care permit axonilor să crească prin diferite secțiuni ale căii lor,” a declarat Alexander Jaworski, un profesor asociat de științe ale creierului la Carney Institute. „Acest lucru este surprinzător.”
Axonii sunt componente esențiale ale rețelei neuronale. În timpul dezvoltării embrionare, aceștia se extind de la neuroni ca niște tentacule de plante în căutarea luminii, călătorind pe căi complicate și uneori lungi pentru a ajunge la celulele țintă. De exemplu, axonul unui neuron motor care permite mișcarea piciorului se extinde de la baza coloanei vertebrale până la picior.
Cum reușesc axonii să stabilească aceste conexiuni cu o precizie atât de mare? Până acum, se credea că, deoarece axonii sunt atât de lungi și reacționează atât de rapid la mediu, îndrumarea pentru următoarea creștere trebuie să provină din vârful axonului.
O echipă de cercetători din laboratorul lui Jaworski a descoperit o nouă perspectivă: axonii sunt controlați de un comutator genetic situat în corpul celular al neuronului.
Anterior acestui studiu, cercetătorii știau că o parte din secretul călătoriei pe distanțe lungi a axonilor constă în faptul că aceștia se opresc la stații intermediare pe drumul către destinația lor. Pe măsură ce trec printr-o stație intermediară, axonii pivotă după cum este necesar pentru a viza următoarea stație – un proces numit orientare a axonului.
Pentru a înțelege acest proces în detaliu, cercetătorii s-au concentrat pe neuronii comisurali, care conectează părțile stângă și dreaptă ale sistemului nervos central. Acest tip specific de neuron este deosebit de util pentru studiu, deoarece axonul său face o schimbare distinctă și abruptă de direcție în timp ce traversează linia mediană a măduvei spinării.
Folosind un instrument genetic personalizat, echipa a izolat neuronii comisurali din celulele roditorilor în patru etape diferite de dezvoltare. Apoi, au analizat expresia genelor folosind secvențierea ARN-ului la nivel de celulă individuală.
Analiza lor a relevat că, pe măsură ce axonii treceau prin stația intermediară, neuronii și-au schimbat expresia genelor – un tip de comutator genetic care a declanșat apariția diferitelor molecule de ghidare la vârful axonului, permițându-le să se deplaseze de la linia mediană la următorul punct de control.
În prezent, cercetătorii care studiază regenerarea neurală se confruntă cu aceeași problemă: pot face axonii să crească, dar nu pot să-i facă să călătorească la locul corect. Această descoperire ar putea ajuta la răspunsul unor întrebări cheie despre refacerea sau repararea axonilor după leziuni cauzate de accidente vasculare cerebrale sau leziuni ale măduvei spinării, au afirmat cercetătorii.
„Acum că știm despre acest comutator genetic în neuron, s-ar putea să fim cu un pas mai aproape de a găsi o modalitate de a activa efectiv genele specifice care permit axonilor să crească înapoi către țintele corecte,” a spus Jaworski.
Lucrările echipei au descoperit, de asemenea, date de expresie genică pentru mai mult de 12.000 de neuroni în diverse etape de dezvoltare – mult mai mulți decât cei implicați în orientarea axonului. Rezultatul este un atlas genetic masiv care ar putea servi drept resursă fundamentală pentru orice om de știință care lucrează pentru a înțelege măduva spinării.
Studiul a deschis noi orizonturi pentru traiectoria echipei. „Începem să percepem imaginea de ansamblu a orientării axonului, mergând dincolo de acțiunile moleculelor individuale,” a spus Jaworski. „Modul în care grupuri întregi de gene colaborează pentru a modela deciziile de orientare a axonului este o întrebare de cercetare incitantă pe care domeniul nu o înțelege încă pe deplin.”
