מֵידָע

7.3: עיכוב רוחבי בדפוסי מערכת העצבים - ביולוגיה

7.3: עיכוב רוחבי בדפוסי מערכת העצבים - ביולוגיה


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

לא כל התאים במערכת העצבים יכולים להיות נוירונים. למעשה, במערכת העצבים המרכזית שלנו כמחצית עד 3/4 מהתאים הם תאי גליה3. ב-Drusophila, תאי אבות עצביים (נוירובלסטים) הם רק חלק מכל תאי הנוירקטודרם. נוירובלסטים אלו מבטאים גורמי שעתוק bHLH פרונוראליים כולל גנים מורכבים של Achaete-Scute. הקומפלקס של Achaete-Scute (Ac-Sc) הוא מקבץ של 4 גנים bHLH שמוצרי החלבון שלהם יוצרים הומו- והטרו-דימרים כדי לווסת את השעתוק של גנים עצביים. תאים המבטאים Ac-Sc מתפרקים מגיליון הנוירקטודרם ובסופו של דבר יוצרים נוירונים4. לפני שאסכם מנגנון דמוי דפוס טיורינג למפרט נוירובלסט, אני רוצה להזכיר תחילה שיצירת נוירובלסטים של תסיסנית שונה בצורה חשובה מאוד מדפוס טיורינג מסורתי - כל נוירובלסט נוצר במנותק מנוירובלסטים אחרים. הדפוס הזה אינו על רקמה שלמה אלא במקום זאת הוא סופר מקומי, מתרחש רק על גבי צביר של 6-7 תאים כאשר רק תא בודד הופך לנוירון (איור 5)5.

לאחר מפרט אשכול פרונורלי, תנודות אקראיות של רכיבי מסלול איתות Notch מתרחשות עד שתא אחד מבטא באופן אקראי רמות גבוהות יותר של Delta, הליגנד Notch. זה מפעיל איתות Notch בתאים שכנים. ההפעלה של מסלול האיתות Notch גורמת לביטוי של Hes gene Enhancer-of-split, שהוא מדכא של קומפלקס AcSc. AcSc בדרך כלל מגביר את הביטוי של Delta, אבל בתאים אלה Notch positive שבהם AcSc כבוי, רמות הדלתא מתחילות לרדת. בתא החיובי של Delta השכן, אין איתות Notch לכיבוי AcSc (בגלל היעדר Delta בכל התאים השכנים) ורמות הדלתא נשארות גבוהות. בדרך זו, תא אחד בצביר הפרוניורלי חיובי לדלתא/AcSc והתאים השכנים הם חיוביים ל-Notch/Hes.6 (איור 3). מערכת זו יוצרת תא חיובי דלתא אחד בשדה באמצעות עיכוב לרוחב. במודל טיורינג, דלתא תהיה המפעיל המקומי ו-Notch יהיה המדכא. דלתא מפעילה את הביטוי שלה על ידי אי כיבוי של AcSc ומפעילה את Notch בתאים שכנים. בניגוד למודל הטיורינג, Notch ו-Delta לא צריכות להתפזר כדי שזה יעבוד, במקום זאת האות עצמו מופץ על ידי איתות תא תא.

מורפוגנים מדורגים, ריאקציה-דיפוזיה ועיכוב לרוחב הם כולם דרכים ליצור דפוסים שחוזרים על עצמם (כמו כתמים ופסים) או מקטבים רקמה. אם אי פעם היית בחוף הים או עברת קורס פיזיקה אתה יודע שדרך נוספת ליצור תבנית חוזרת היא באמצעות מתנד שמוציא פונקציית גל. אם לא למדתם פיזיקה (או שאתם חלודים) הדרך הקלה ביותר לחשוב על גלים ומתנדים היא לדמיין אוחזים בחבל שקשור למוט. כאשר אתה מזיז את זרועך למעלה ולמטה, אתה פועל כמתנד, נע מהמיקום הגבוה למצב הנמוך. טווח התנועה של הזרוע שלך קובע את גובה הגל. אתה יכול לגרום לגלים לנוע מהר יותר (בתדירות גבוהה יותר) על ידי הזזת זרועך מהר יותר. מהירות המתנד קובעת את המהירות בה נעים הגלים. אם היד שלך נעה לאט מדי, הגל מתפרק במהירות ולעולם לא מגיע לקיר.

גלים ומתנדים מתרחשים גם במערכות ביולוגיות. אחד מהם הוא מתנד הסגמנטציה בבעלי חוליות. במקרה זה ביטוי גנים של גנים של מסלול Notch פועל כמתנד. מודל "שעון וחזית גל" הוצע לתיאור דפוסים מגזריים בבעלי חוליות. פילוח של המזודרם המקיף את הנוטוכורד (הסומיטים) מתרחש בצורה קדמית לאחורית, כאשר סומיטים ניצנים מאזור אחורי של מזודרם לא מפולח. כאשר סומיטים חדשים ניצנים, הישנים נדחפים לפנים, כך שהסומיטים הקדמיים ביותר ניצנים תחילה. "שעון הסגמנטציה" הוא המתנד במזודרם הקדם-סומיטקי בחלק האחורי של החיה. "גל" של ביטוי גנים מסוג hes עובר על פני המזודרם הפרסומטי (PSM). כשהיא מגיעה לנקודה הקדמית ביותר של המזודרם הפרסומיטי היא נעצרת והרקמות נובטות מה-PSM. הסמן שמראה לרקמות מתי הן מספיק קדמיות הן גרדיאנטים מנוגדים של חומצה רטינואית (RA) בחזית ו-FGFs מאחור. כאשר גל של ביטוי שלו מגיע לרמות נמוכות/מתונות של כל מולקולת שיפוע, זה מאותת לרקמה לעבור סומיטוגנזה (ניצני סמיט)7.

בסרטון למעלה, ביטוי הגנים של Hes ב-PSM הוא בכחול ובסומיטים הוא אדום. אז השאלה שאתה אולי שואל עכשיו היא "כיצד Hes מתנהג כמו מתנד אבל גם נוסע בגל?" הגל שאתה רואה בסרטון למעלה הוא גל של ביטוי גנים. התאים עצמם זזים מעט מאוד. דמיינו אצטדיון מלא באנשים שעושים את "הגל". אם הגל לוקח דקה אחת להקיף את האצטדיון, הוא יכול להיות מופץ על ידי קהל מתואם אם כל אדם מרים ידיים למשך שנייה אחת בכל דקה.

האנשים עצמם לא מתרוצצים באצטדיון, אלא הם "מתנדנדים" בין זרועות למעלה לזרועות למטה. באופן דומה, ב-PSM כל תא נע בין Hes on לבין Hes off. בדיוק כמו גל אצטדיון, תאים בודקים את הסביבה המקומית שלהם כדי לתאם עם תאים סמוכים. כאשר הגל מגיע לרמות נמוכות של FGF ורמות גבוהות יותר של RA הוא נעצר, ממש כמו גל שפוגע בקיר, והתאים עם דפוסי הבעה תואמים ניצנים מה-PSM כסומיט (איור 6).

כיצד Hes פועל כמתנד וכיצד תאים מתואמים זה עם זה? אנחנו לא יודעים ב-100% את התשובה לכך, אבל ישנן הוכחות רבות לכך שהס הוא מתנד מהותי בתא ומסלול Notch (השולט בביטוי Hes) עוזר לתאם תאים שכנים. גנים Hes הם גורמי שעתוק וכמה גנים Hes מעכבים את הביטוי שלהם. כאשר רמות החלבון של Hes גבוהות מספיק, רמות השעתוק יורדות. ל-Hes mRNA וחלבונים אלה יש גם זמן מחצית חיים קצר, כך שכאשר רמות התעתוק יורדות, הם לא נשארים למטה לאורך זמן. כאשר ה-mRNA והחלבונים מתפוררים, משתחרר דיכוי ביטוי Hes ו-mRNA נוצר שוב. כמובן, זה מעלה את רמת החלבון Hes, אשר מדכא את ביטוי Hes. באופן זה ביטוי Hes פועל כמתנד, כל עוד הוא שומר על רמת ביטוי נמוכה לפחות ומתדרדר במהירות. בעכברים, פירוק החלבון מתרחש תוך 20 דקות. מוטנטים יציבים שנמשכים 30 דקות הפחיתו את התנהגות התנודות, בדיוק כמו הרמה והורדה של היד לאט מדי בעת יצירת גלי חבל7. תנודה היא תכונה מהותית של התאים, היא יכולה להתרחש בתרבית תאים לאחר טיפול בסרום, אך תנודה זו אינה מתואמת בין תאים - לאחר מספר מחזורים בהם כל התאים מראים את אותה מחזוריות של תנודה, הם מתחילים לאבד תיאום ולהתנדנד על שלהם. אורך גל משלו8,9.

כפי שניתן לראות בסרטון שלמעלה, תאים במזודרם הפרסומית נוטים להיות בעלי אותו מצב של תנודת Hes כמו לשכניהם. זה כנראה מתואם דרך מסלול האיתות Notch. כפי שכבר ראינו, מסלול Notch הוא מסלול איתות יוקסטקריני עם תאים צמודים זה לזה המתקשרים דרך קולטנים של קרום התא. לאחר ההפעלה, Notch עובר ביקוע תוך-ממברנה והחצי הציטופלזמי נודד לגרעין שם הוא משחרר הדחקה על גורמי שעתוק בדרגת Su(H) כדי להפעיל ביטוי גנים של אפקטורים כמו הגנים Hes (שעיר/משפר גנים מפוצלים הנקראים גם Her genes). על ידי איתות זה לזה, תאי ה-PSM עשויים להפעיל משוב חיובי על שכניהם כך שתאים חיוביים ל-Notch גורמים לאות Notch בתאים הסמוכים.10.


צפו בסרטון: The Autonomic Nervous System: Sympathetic and Parasympathetic Divisions (אוֹקְטוֹבֶּר 2022).