Dendrite branching patterns
Характер ветвления дендритов
|
Different levels of the homeodomain protein Cut regulate distinct dendrite branching patterns of Drosophila multidendritic neurons Grueber, W. B., Jan, L. Y. & Jan, Y. N.
Cell v.112, p. 805-818 (2003) Перевод И.Г. Лильп (lilp@mail.ru)
|
|
Spatial control of branching within dendritic arbors by dynein-dependent transport of Rab5-endosomes
Daisuke Satoh, Daichi Sato, Taiichi Tsuyama, Motoki Saito, Hiroyuki Ohkura , Melissa M. Rolls , Fuyuki Ishikawa and Tadashi Uemura (e-mail: tauemura@lif.kyoto-u.ac.jp)
DOI: 10.1038/ncb1776
NATURE CELL BIOLOGY VOLUME 10 | NUMBER 10 | P. 1164-1171 | 2008 | |
Среди 4-х категорий ветвления дендритов нейронов, различаемых на базе морфологии их дендритов, класс IV нейронов развивает наиболее сложное и экспансивное древо и дает большинство веточек в области, близкой к краю каждого древа (дистальная область) , чем области вблизи тела нейрона (проксимальная область). Осущетвляли генетический скрининг, чтобы выделить гены Х хромосомы, влияющие на морфогенез класса IV дендритных деревьев.
Изучали ветвление дендритов нейронов у Drosophila melanogaster. Установлено, что мутации генов моторных белков, включая ген субъединицы dynein (dlic) и kinesin heavy chain (khc), вызывают не только уменьшение общего количества веточек, но и также заметный сдвиг активности ветвления в проксимальную область внутри дендритного древа. Фенотип супрессировался доминантно негативным Rab5, экспрессируемым в мутантных нейронах, которые откладывали ранние эндосомы в тело клетки. Было также показано, что в дендритных веточках дикого типа нейронов Rab5-содержащие ранние эндосомы транспортировались динамически. Когда устранялась функция только Rab5, то терминальные веточки устранялись практически полностью. Следовательно, существует связь между микротубулярными моторами и эндосомами в морфогенезе дендритов.
Рис.5. | A diagram of our model.
Дендриты имеют разную форму и размеры. У Drosophila гомеодоменный белок Cut играет важную роль в развитии дендритов. Grueber с соавт. исследовали развитие специфических дендритов определенных типов нейронов Drosophila -- сенсорных нейронов с дендритными ветвлениями (dendritic arborization sensory neurons --DANs). Есть четыре класса DANs ( (I-IV), различающихся по морфологии дендритов. У нейронов класса I наиболее простая морфология. У нейронов классов II-IV более сложный паттерн ветвления и более обширные дендритные поля. Нейроны класса III имеют очень сложную и запутанную "шипиковую"организацию -- многочисленные короткие терминальные ответвления, расходящиеся от основного дендритного ствола. Авторы высказали гипотезу, что морфология дендритов может коррелировать с уровнем Cut. Действительно, оказалось, что у нейронов с большим числом шипиков уровень Cut был выше, у нейронов с менее сложной морфологией уровень Cut был низким или вообще не определялся. Чтобы понять функции Cut авторы проделали эксперименты loss-of-function (создание условий, при которых нарушаются определенные функции) и предположили, что снижение уровня Cut у нейронов класса III (с самым высоким уровнем экспрессии Cut) должно привести к заметному изменению их фенотипа. Оказалось, что у cut- нейронов III класса характер ветвления дендритов не был таким сложным, у них же было снижено число шипиков на дендритном стволе. У cut- нейронов IV класса упростился характер ветвления дендритов и уменьшилась длина всех дендритов. Утрата функции Cut в нейронах класса II привела к подавлению роста дендритов и ответвлений. В клонах cut- клеток класса I никаких изменений выявлено не было.
Авторы предположили, что, если Cut влияет на морфологию дендритов, то тогда повышение уровня экспрессии Cut в нейронах класса I должно приводить к изменению их фенотипа. Оказалось, что при "принудительно" повышенной экспресси Cut нейроны класса I становились похожими на нейроны класса III. Каким образом Cut осуществляет эти функции? Действует ли он по принципу "включение/выключения", включая механизм, необходимый для специфического ветвления? Или меняются его функции, зависящие от уровня экспресии? При увеличении уровня Cut в нейронах классов II и IV также менялась морфология дендритов, которые становились похожими на нейроны класса III. Такая способность нейронов "перепрыгивать" из класса в класс указывает на то, что функции Cut скорее зависят от его уровня. Таким образом, морфология специфических дендритов, характер их ветвления зависят от уровня Cut в нейронах. А это означает, что морфология дендритов не является фиксированной при их рождении, а может менять свою форму во время раннего развития.
Protocadherins mediate dendritic self-avoidance in the mammalian nervous system Julie L. Lefebvre, Dimitar Kostadinov, Weisheng V. Chen, Tom Maniatis & Joshua R. Sanes Nature 488 (7412), 517–521 (23 August 2012) doi:10.1038/nature11305
Образование веточек дендритов многими нейронами контролируется процессом, наз. само-отталкивание (self-avoidance), при котором веточки, возникающие из одного нейрона отталкивают др. др. 1-7. Путем минимизации пробелов и перекрываний внутри древовидного образования взаимное отталкивание облегчает завершение покрытия территории нейрона его нейритами 1-3. Удивительно, некоторые нейроны, которые обладают само-отталкиванием свободно взаимодействуют с др. нейронами того же самого подтипа, показывая, что они отличают своих от чужих. Мы продемонстрировали роль собранных в кластер protocadherins (Pcdhs) в само-отталкивании дендритов и в дискриминации между своими и чужими. Локус Pcdh кодирует 58 родственных cadherin-подобных трансмембранных белков, по крайней мере, некоторые из которых обнаруживают изоформ-специфическую гомофильную адгезию в гетерологичных клетках и экспрессируются стохастически или комбинаторно в одиночных нейронах 7-11. Делеция всех 22 Pcdh генов в мышином γ-subcluster ( Pcdhg гены) устраняет само-отталкивание дендритов в starburst amacrine cells (SACs) сетчатки и клетках Пуркинье мозжечка. Дальнейший анализ SACs показал, что Pcdhg белки действуют клеточно автономно во время развития и что замещение 22 Pcdhg белков одной изоформой восстанавливает само-отталкивание. Более того, экспрессия той же самой изоформы во всех SACs снижает взаимодействия между дендритами соседних SACs (heteroneuronal взаимодействия). Эти результаты указывают на то, что homophilic Pcdhg взаимодействия между sibling нейритами (isoneuronal взаимодействия) генерируют отталкивающий сигнал, которые ведет к само-отталкиванию. В этой модели heteroneuronal взаимодействия обычно разрешены потому, что дендриты редко сталкивают конкурирующие наборы Pcdhg белков, за исключением, что они не исходят из одного и того же тела клетки. Во многих отношениях наши результаты отражаютour отражают результаты, описанные для Dscam1 (Down syndrome cell adhesion molecule) у Drosophila: этот сложный ген кодирует тысячи молекул распознавания, которые обнаруживают стохастическую экспрессию и изоформ-специфические взаимодействия и обеспечивают как само-отталкивание, так и различие между своими и чужими 4-7, 12-15. Т.о., хотя белки Dscam насекомых и Pcdh позвоночных не обнаруживают гомологии последовательностей, они , по-видимому, используют отдинаковые стратегии для наделения нейронов разными молекулярными характеристиками и паттернами их ветвления.
Рисунки к статье
|