Учёные из Токийского технологического института изучили молекулярные механизмы взаимодействия аксонов, а именно то, как они удерживаются в соответствующих слоях зрительной системы мушек дрозофил. Исследователи предполагают, что результаты помогут стабилизировать регенерирующие аксоны на желаемой глубине, например, при трансплантации нейронов после травмы. Подробнее с работой можно ознакомиться в журнале eLife.
Модель общих и различающихся функций LAR и Ptp69D в аксонах фоторецепторов R7.Credit: Takashi Suzuki et al.
У мухи дрозофилы в мозге многослойная зрительная система, как и у людей. Чтобы она функционировала правильно, каждый слой должен получать конкретные сигналы от определенных нейронных скоплений. Для этого аксоны в формирующейся нервной системе должны расти до слоёв-мишеней, а затем формировать там устойчивые связи.
Чтобы определить, как эти связи образуются, команда Такаши Сузуки (Takashi Suzuki) исследовала функции двух рецепторных белков фермента тирозин-фосфатазы, называемых LAR и Ptp69D. Эти белки необходимы для группы фоторецепторов R7 – светочувствительных клеток, аксоны которых заканчиваются в шестом слое (М6) мозгового вещества или медуллы (medulla), которая представляет собой второй узел зрительной доли дрозифил, состоящий в целом из 10 слоев (от М1 до М10).
На микрофотографиях показана норма распределения аксонов в медулле (WT), нарушения этого распределения при инактивации генов LAR и Ptp69D поочередно, а также их совместным «выключением». Credit: Takashi Suzuki et al.
Исследователи создали мутантные эмбрионы мух, в которых фоторецепторы R7 не содержали генов LAR и Ptp69D. И оказалось, что у этих насекомых более 80 процентов аксонов R7 не заканчивались в слое M6. По мере развития они часто смещались назад или выходили из медуллы полностью.
Затем учёные использовали контролируемую температурой систему экспрессии генов, чтобы определить, как объединённая экспрессия генов LAR и Ptp69D повлияла на специфичное для слоя M6 смещение аксонов R7. На самом низком уровне экспрессии почти все аксоны R7 находились вне медуллы, но по мере повышения её уровней до нормальных, физиологических значений, аксоны R7 скапливались в слое M6.
Фотографии конфокальной микроскопии показывают то, как R7-аксоны на различных временных этапах эксперимента (от стадии куколки до взрослой особи) при двойной мутации с отключением генов LAR и Ptp69D (колонка справа) не достигают нужного слоя. При контроле (колонка слева) таких изменений не происходит. Credit: Takashi Suzuki et al.
Команда продолжила эксперимент и обратно внедрила гены LAR и Ptp69D в мутантных мушек. Их повторное введение минимизировало смещение и восстановило нормальное положение аксонов R7 в медулле. Этот спасательный эффект был подавлен, когда учёные воспользовались индуцированными мутациями, чтобы частично удалить восстановленные гены, влияющих на функции нейронов. Все эти результаты говорят о том, что внутриклеточная сигнализация от LAR и Ptp69D играет ключевую роль в формировании стабильных соединений в медулле.
Интересно, что восстановление только экспрессии LAR привело к тому, что R7-аксоны в основном оканчивались в слоях М0 и M6, в то время как восстановление экспрессии только Ptp69D приводило к окончанию этих аксонов в слое М3. Это наблюдение предполагает, что слои М0 и М6 содержат лиганды для LAR, а М3 – для Ptp69D.
Выводы, которые сделали исследователи, говорят о том, как аксоны взаимодействуют при развитии зрительной системы. Теперь одной из основных задач в будущих работах станет выявление лигандов LAR и Ptp69D, которые предположительно будут посредниками в конкретном слое.
Текст: Екатерина Андреянова
Two receptor tyrosine phosphatases dictate the depth of axonal stabilizing layer in the visual system by Satoko Hakeda-Suzuki, Hiroki Takechi Hinata Kawamura, and Takashi Suzuki in eLife. Published online November 2017
doi:10.7554/eLife.31812
Читайте материалы нашего сайта в Facebook, ВКонтакте и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.