Ученые из Tokyo Tech сделали важное открытие относительно развития аксонных связей в развивающейся визуальной системе мух Drosophila. Мухи дрозофилы имеют слоистую визуальную систему, как и другие животные, включая людей. Чтобы зрительная система функционировала должным образом, каждый слой должен получать определенные соединения от определенных групп нейронов. Чтобы это произошло, аксоны в развивающейся нервной системе должны расти до определенных целевых слоев, а затем формировать там устойчивые соединения.

Чтобы определить, как формируются эти устойчивые связи, группа Такаши Сузуки исследовала роли двух белков, называемых LAR и Ptp69D, которые необходимы для фоторецепторов R7, для правильной проекции аксонов на шестой слой (M6) визуальной области, называемая medulla в головном мозге Drosophila.

Сначала были получены двойные мутантные эмбрионы, у которых фоторецепторы R7 не экспрессировали гены LAR и Ptp69D. У этих мух более 80% аксонов R7 не смогли оканчиваться в слое M6. Сначала аксоны достигли слоя M6, но по мере дальнейшего развития они часто оттягивались назад и полностью выходили из медуллы.

Затем они использовали контролируемую температурой систему экспрессии генов, чтобы определить, как объединенная экспрессия LAR и Ptp69D влияет на специфическое для окончаний аксонов R7 действие. На самом низком уровне кумулятивной экспрессии почти все аксоны R7 заканчивались вне medulla головного мозга, но по мере увеличения уровней совместной экспрессии до нормальных физиологических уровней, аксоны R7 заканчивались в слое М6. Они продолжили свое исследование, выборочно повторно вводя LAR или Ptp69D в двойных мутантов. Повторное введение любого белка, восстанавливало окончания аксонов R7 в головном мозге, но этот эффект спасения оказывался заблокирован, когда ученые использовали мутации с удалением части восстанавливающих белков, что влияло на их функции внутри нейронов. Это говорит о том, что внутриклеточная передача сигналов LAR и Ptp69D играет ключевую роль в формировании стабильных связей в medulla головного мозга.

Интересно, что восстановление LAR приводило к тому, что аксоны R7 в основном заканчивались в слоях M0 и M6, тогда как восстановление Ptp69D приводило к тому, что аксоны R7 заканчивались в слое M3. Такие белки, как LAR и Ptp69D, соединяются с соотв. лигандами, и это предполагает, что слои M0 и M6 содержат лиганды для LAR, а слой M3 содержит лиганды для Ptp69D. Наличие соответствующих лигандов приведет к тому, что LAR и Ptp69D образуют стабильные соединения для аксонов R7.

В совокупности эти результаты дают важную информацию о том, как нацелены проекции аксонов в развивающейся визуальной системе. Эффекты LAR и Ptp69D дополняли др. др., поскольку объединенная экспрессия определяла точность нацеливания аксонов на специфические мишени, поскольку LAR и Ptp69D имели тенденцию направлять аксоны к разным слоям головного мозга . Основная задача для будущих исследований будет заключаться в идентификации LAR и Ptp69D-лигандов, которые, как предполагается, опосредуют целенаправленное воздействие, специфичное для данного слоя.