معلومة

توزيع نقاط الاشتباك العصبي في الخلايا العصبية CA1

توزيع نقاط الاشتباك العصبي في الخلايا العصبية CA1


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.

قرأت في مقال ويكيبيديا عن الارتفاعات التغصنية:

في الحُصين ، تحتوي الخلايا العصبية CA1 على منطقتين مميزتين تستقبلان مدخلات متشابكة مثيرة: المسار المثقوب (PP) من خلال الخصلة الشجرية القمية (500-750 ميكرومتر من سوما) و Schaffer-الضمانات (SC) من خلال التشعبات القاعدية والقمية (250-500 ميكرومتر من سوما).

أتساءل كيف يظهر تميز هاتين المنطقتين عند رسم عدد نقاط الاشتباك العصبي كدالة للمسافة إلى سوما:

أشبه باللون الرمادي ، أو أشبه باللون الأحمر ، أو أشبه بالمنحنى الأخضر؟ او اي اخرى؟


أحد مصادر هذا التقدير هو Megias et al. 2001 ، دراسة بالمجهر الإلكتروني في CA1 لحصين الفئران.

أرسم بياناتهم من الجدول 3 في الرسم البياني التالي.

المحور السيني ليس بالميكرومتر. بدلا من ذلك فهو يمثل الفئات الفرعية المتغصنة. يشير $ Ori $ إلى Stratum Oriens و $ Rad $ لـ S. Radiatum و $ T $ للتشعبات السميكة و $ t $ للتشعبات الرقيقة و والقاصي ، على التوالي. تمثل Stratum Oriens التشعبات القاعدية القريبة من جسم الخلية ، والطبقة المشعة جذوع القمة ، وطبقة Lacunosum-Moleculare الخصل القمي. المواقع التقريبية للطبقات في إشارة إلى جسم الخلية (بالميكرومتر): $ Ori = (-100، 0) $، $ Rad = (100، 350) $، $ L-M = (350،550) $. يمثل المحور Y العدد الإجمالي للمشابك ، المثيرة والمثبطة.


العدد الإجمالي وتوزيع المشابك المثبطة والمثيرة على الخلايا الهرمية CA1 الحصينية

تعتمد الخصائص التكاملية للخلايا العصبية بشدة على عدد ونسب وتوزيع المدخلات المشبكية المثبطة والمثبطة التي تتلقاها. في هذه الدراسة تم قياس الهندسة ثلاثية الأبعاد للأشجار المتغصنة وكثافة المشابك المتناظرة وغير المتماثلة في الأجزاء الخلوية المختلفة للخلايا الهرمية لمنطقة الحصين CA1 الفئران لحساب العدد الإجمالي وتوزيع المدخلات المثيرة والمثبطة على خلية واحدة. تحتوي الخلية الهرمية المفردة على ما يقرب من 12000 ميكروم من التشعبات وتتلقى حوالي 30000 من المدخلات المثيرة و 1700 من المدخلات المثبطة ، يتركز 40 ٪ منها في المنطقة المحيطة بالجسم و 20 ٪ على التشعبات في الطبقة اللاكونية الجزيئية. تشير ميزات ما قبل وما بعد التشابك إلى أن تشعبات الخلية الهرمية CA1 غير متجانسة. تتشابه Strata radiatum و oriens dendrites وتختلف عن التشعبات الطبقية lacunosum -oleculare dendrites. الداني القمي والطبقات القاعدية المشعة والتشعبات أورينز خالية من العمود الفقري أو شوكية قليلة. الطبقات المشعة البعيدة والتشعبات البعيدة (التي تشكل 68.5٪ من شجرة الخلايا الهرمية المتغصنة) هي شوكية بكثافة تنتهي مدخلاتها المثيرة حصريًا على أشواك متغصنة ، بينما تستهدف المدخلات المثبطة فقط مهاوي التشجير. نسبة المدخلات المثبطة على الطبقات الشوكية البعيدة المشعة والتشعبات البعيدة منخفضة (حوالي 3٪). في المقابل ، تتلقى المقاطع التغصنية القريبة في الغالب (70-100٪) مدخلات مثبطة. المدخلات المثبطة فقط تعصب الأجزاء الأولية الجسدية (77-103 لكل خلية) والمحاور الأولية. تمتلك التشعبات في الطبقة الجسيمية-الجزيئية كميات معتدلة إلى صغيرة من العمود الفقري. تكون المشابك المثيرة على التشعبات الجزيئية للطبقة اللاكونية أكبر من المشابك في الطبقات الأخرى ، وغالبًا ما تكون مثقوبة (حوالي 40٪) ويمكن وضعها على أعمدة شجيرية. المدخلات المثبطة ، التي تكون نسبتها عالية نسبيًا (حوالي 14-17٪) ، تنتهي أيضًا على أشواك شجرية. تشير نتائجنا إلى أن: (1) الإثارة شديدة التقارب التي تصل إلى التشعبات البعيدة للخلايا الهرمية يتم التحكم فيها بشكل أساسي عن طريق التثبيط القريب (2) تنظيم المدخلات المثيرة والمثبطة في الطبقات التي تتلقى مدخلات شافر الجانبية (المشعة / الأوريينز) مقابل الثاقبة. يختلف إدخال المسار (lacunosum -oleculare) اختلافًا كبيرًا.


توزيع القنفذ الصوتي داخل الخلايا العصبية الحُصين الناضجة

ينظم القنفذ الصوتي (Shh) الخلايا العصبية السلفية في دماغ البالغين ، لكن دوره في الخلايا العصبية الناضجة بعد التقلص غير مفهوم جيدًا. باستخدام الفحص المجهري المناعي ، أظهرنا مؤخرًا التوزيع بعد المشبكي لـ Patched (Ptch) و Smoothened (Smo) ، مستقبلات Shh ، في الخلايا العصبية الحصينية لدماغ الفئران البالغة. في هذه الدراسة ، نصف توزيع بروتين Shh في الخلايا العصبية الحُصينية البالغة. نجد أن Shh موجود في كل من المحطات الطرفية قبل المشبكي وما بعد المشبكي. في المحطات قبل المشبكية ، يقع Shh إما في المركز أو على جانب التقاطع المشبكي. في المحطات الطرفية بعد المشبكي ، يقع Shh في الغالب على جانب التقاطع المشبكي. نجد أيضًا Shh في التشعبات. غالبًا ما تقيم Shh المتشابكة والتشجيرية في الهياكل الحويصلية التي تتضمن حويصلات كثيفة النواة وحويصلات متشابكة وجذابات داخلية أو ترتبط بها. وبالتالي ، فإن خريطتنا الخلوية لـ Shh ومستقبلاتها توفر أساسًا لتوضيح الأهمية الوظيفية لإشارات Shh في الخلايا العصبية الناضجة.

يلعب القنفذ الصوتي (Shh) دورين مهمين على الأقل في الجهاز العصبي. الأول هو تحفيز إنتاج الخلايا الجذعية / السلفية ، والتي تشمل سلائف الخلايا الحبيبية في المخيخ الصغير 1 - 3 والخلايا الجذعية العصبية في مناطق معينة من الدماغ في الدماغ البالغ. 4-8 والآخر هو تعزيز نمو محور عصبي للخلايا العصبية الشابة ، والتي تشمل الخلايا العصبية الصوارية للحبل الشوكي ، و 9 ، و 10 من الخلايا العقدية للشبكية ، و 11 من الخلايا العصبية الحسية الشمية ، و 12 ، والخلايا العصبية الدوبامينية في الدماغ المتوسط. 13 أشارت الدلائل إلى أن Shh ومكونات إشاراته موجودة أيضًا في الخلايا العصبية الناضجة ، والخلايا العصبية التي ليس لها خصائص سلف. 14-16 ومع ذلك ، حيث تحدث إشارات Shh في هذه الخلايا العصبية الناضجة وكيف تؤثر إشارات Shh عليها تظل غير معروفة إلى حد كبير.

لقد وصفنا مؤخرًا التوزيع الخلوي لـ Patched (Ptch) و Smoothened (Smo) ، المستقبلات ومحول الطاقة لـ Shh على التوالي ، في الخلايا العصبية الحصينية للفئران البالغة. 17 أنواعًا متعددة من الخلايا العصبية في الحُصين تعبر عن Ptch و Smo ، والتي تتركز بشكل خاص في التشعبات والعمود الفقري والنهايات ما بعد المشبكي. 17 هنا ، درسنا توزيع بروتين Shh داخل الخلايا العصبية الحُصينية البالغة.

استخدمنا نفس عينات نسيج الحصين من الفئران البالغة التي تم استخدامها في تحليلنا السابق للبنية التحتية لـ Ptch و Smo. 17 أجرينا وضع العلامات المناعية بعد التضمين (حيوانين) باستخدام الأجسام المضادة أحادية النسيلة المضادة لـ Shh (بنك الورم الهجين للدراسات التنموية 5E1). تم إنشاء الجسم المضاد 5E1 ضد الطرف N لـ Shh (aa1 & # x02013198 من rat Shh) 18 وتم تحديد خصوصيته. 10 ، 15 ، 18 ، 19

بسبب التوزيع التفضيلي لـ Ptch و Smo في النهايات ما بعد المشبكي للخلايا العصبية الحُصَينية ، تساءلنا عما إذا كان Shh أيضًا يقع بالقرب من المشبك أو عنده. قمنا بفحص العديد من مناطق الحصين التي تشمل الطبقة الهرمية والطبقة المشعة CA1 ، والطبقة الجزيئية للتلفيف المسنن ، وطبقة CA3 الصافية. أظهرت المشابك من هذه المناطق خصائص مورفولوجية مختلفة. ومع ذلك ، وجدنا تسمية Shh موجودة في كل هذه المشابك (الشكل & # x000a01). الشكل & # x000a01A هو مثال على المشبك المثبط بناءً على مظهره المتماثل. شوهد تصنيف Shh في حجرة ما قبل المشبك وكذلك في حجرة ما بعد المشبكي. داخل كلا الجزأين ، تم توزيع تصنيف Shh بالمثل باتجاه الجانب بدلاً من مركز التقاطع المشبكي (الشكل & # x000a01A). عند الفحص الدقيق ، يبدو أن تسمية Shh بعد المشبكي مرتبطة بهياكل تشبه الحفرة ، والتي كانت تقع في الجهة المقابلة أو المقابلة لعلامة Shh قبل المشبكي (الشكل & # x000a01A).

توزيع Shh في نقاط الاشتباك العصبي في CA1 و CA3 والتلفيف المسنن لحصين الفئران البالغة. تُظهر الصور المجهرية للإلكترون المناعي Shh immunolabeling في المواقع المتشابكة في: CA1 هرم الطبقة (A ، C) ، وطبقة CA1 الإشعاعية (B ، D-G) ، والطبقة الجزيئية للتلفيف المسنن (H) ، وطبقة CA3 الصافية (I-M). يشار إلى وسم Shh (10 أو 15 نانومتر من جزيئات الذهب) بواسطة رؤوس الأسهم. (أ) يُظهر المشبك المثبط الذي تكون فيه تسمية Shh في الطرف قبل المشبكي (p) وكذلك سوما بعد المشبكي (so). في حالة كل من المقصورة قبل المشبكي وما بعد المشبكي ، فإن وضع العلامات Shh ليس في المنطقة النشطة للتقاطع المشبكي ولكنه خارج المشبكي. لاحظ أيضًا أن وضع العلامات بعد المشبكي يرتبط بهياكل تشبه الحفرة ، والتي تقع في الجهة المقابلة من وضع العلامات قبل المشبكي وعبرها. (B) - (D) هي أمثلة على المشابك المثيرة التي توجد فيها علامات Shh في الطرف قبل المشبكي & # x02013 بالقرب من مركز التقاطع المشبكي وتتصل مباشرة بالغشاء قبل المشبكي. ق ، العمود الفقري بعد المشبكي. (E) - (G) هي أيضًا أمثلة على المشابك المثيرة ولكن في هذه الحالات ، تم العثور على تصنيف Shh بعد المشبكي ويتركز بالقرب من جانب الغشاء بعد المشبكي. (H) هو المشبك المثير الذي توجد فيه تسمية Shh في كل من المركز والجانب خارج المشبكي من الغشاء قبل المشبكي. (I) - (M) تظهر تسمية Shh في طرف الألياف المطحلب (m) والزائدة الشائكة بعد المشبكي (te). غالبًا ما يرتبط وضع العلامات قبل المشبكي لـ Shh ببنيات حويصلية مختلفة (رؤوس سهام في I ، J ، M) وحويصلات كثيفة النواة (أسهم في JM). يُنظر إلى وضع العلامات على Shh بعد المشبكي في العضيات الأنبوبية الحويصلية (I) أو المرتبطة بالغشاء (L). sa في K ، جهاز العمود الفقري * في M يشير إلى العمود الفقري. أشرطة مقياس 100 نانومتر.

يُظهر الشكل & # x000a01B-H المشابك المثيرة النموذجية بناءً على كثافة ما بعد المشبكية البارزة. في هذه المشابك ، عرض تصنيف Shh قبل المشبكي نمطًا مختلفًا قليلاً عن تسمية Shh بعد المشبكي. يمكن العثور على وضع العلامات قبل المشبكي Shh إما مباشرة على غشاء الوصلة المشبكية (الشكل & # x000a01B-D) أو على جانب الطرف (الشكل & # x000a01H). من ناحية أخرى ، تم العثور على تصنيف Postynaptic Shh في الغالب على الجانب ، بعيدًا عن مركز التقاطع المشبكي (الشكل & # x000a01E-G).

يوضح الشكل & # x000a01I-M أمثلة على مشابك الألياف الطحلبية. بالنسبة للأنواع الأخرى من نقاط الاشتباك العصبي ، تم العثور على Shh في كل من النهايات الطحلبية قبل المشبكي والزوائد الشائكة بعد المشبكي. داخل المحطات الطحلبية قبل المشبكي ، كان من الواضح أن معظم علامات Shh مرتبطة إما بحويصلات كثيفة النواة (الأسهم في الشكل & # x000a01J-M) ، أو غيرها من الهياكل الحويصلية الأصغر (رؤوس الأسهم في الشكل & # x000a01I ، J ، M). داخل الزوائد الشائكة بعد المشبكي ، ارتبط Shh بالعضيات الأنبوبية الحويصلية في بعض الحالات (رؤوس الأسهم في الشكل & # x000a01I) ، أو تم وضعه بالقرب من الغشاء بعد المشبكي في حالات أخرى (رأس السهم في الشكل & # x000a01L).

بالإضافة إلى التوطين المتشابك ، تم العثور على تصنيف Shh في العديد من العضيات الأنبوبية الحويصلية في سوما وتغصنات الخلايا العصبية الحُصينية (الشكل & # x000a02). ومن المثير للاهتمام ، أن بعض هذه العضيات التي تحمل علامة Shh قامت باتصال مباشر مع سطح غشاء الخلية ، عادةً بالقرب من جهات الاتصال مع العمليات المجاورة (الشكل & # x000a02A-C).

تم العثور على Shh (جزيئات الذهب 10 أو 15 نانومتر) في العضيات الأنبوبية الحويصلية الموجودة في سوما (هكذا) أو التشعبات (دي). غالبًا ما تقوم هذه العضيات المحتوية على Shh بالتلامس المباشر مع سطح غشاء الخلية العصبية ، بالقرب من عمليات الخلية المجاورة (العلاقات العامة في A-C). (أ) ، هرمي الطبقة CA1 (B) ، الطبقة المشعة CA1 (C) ، الطبقة الجزيئية للتلفيف المسنن (D) ، الطبقة الصافية لطبقة CA3. أشرطة مقياس 100 نانومتر.

وصف عملنا المجهري المناعي السابق توطين ما بعد المشبكي لـ Ptch و Smo في الخلايا العصبية الحُصينية البالغة. 17 النتائج الحالية التي تظهر وجود Shh في الطرف قبل المشبكي ، ولا سيما المترجمة في المنطقة المجاورة أو حتى مباشرة عند الاتصال المشبكي ، تثير احتمال حدوث إشارات Shh عبر المشبك في هذه الخلايا العصبية. ومن ثم يكون من المغري التساؤل عن شكل بروتين Shh الذي يتم إطلاقه من طرف ما قبل المشبكي. في الخلايا العصبية للمستقبلات الضوئية لشبكية ذبابة الفاكهة النامية ، في حين أن الطرف C Hedgehog (Hh) C يؤوي إشارة الاستهداف المحوري ، والمجال الطرفي N ، وكمية صغيرة من الطول الكامل Hh ، ينتقل أيضًا على طول المحور العصبي. يمكن أن تعكس نتائجنا التي تم الحصول عليها باستخدام الجسم المضاد 5E1 - الخاص بالطرف Shh N- الطول الكامل وكذلك المجال الطرفي N لـ Shh. للتعرف بشكل نهائي على أشكال Shh الموجودة والتي يُحتمل إطلاقها من طرف ما قبل المشبكي ، سيتطلب الأمر مزيدًا من الدراسات ، بما في ذلك استخدام الجسم المضاد المحدد لـ Shh C-terminus.

لاحظنا أيضًا توزيعًا خلويًا مثيرًا للاهتمام لـ Shh في العمود الفقري والتشعبات بعد المشبكي للخلايا العصبية الحُصينية. أظهرت العديد من الدراسات أن التغصنات ومحطة ما بعد المشبك للخلايا العصبية يمكن أن تطلق مرسلات 21 أو عوامل النمو. علاوة على ذلك ، أظهرت الدراسات التي أجريت على الخلايا الأخرى المنتجة للهرمون Hh أن إطلاق Hh يحدث على الجانب القمي والجانب القاعدي للخلايا العصبية المستقبلة للضوء ذبابة الفاكهة. 20 وبالمثل ، في ظهارة قرص جناح ذبابة الفاكهة ، يوجد Hh في أغشية البلازما القمية والقاعدية. سيكون من المثير للاهتمام معرفة ما إذا كان Shh في الخلايا العصبية الحُصينية في الثدييات قد تم إطلاقه أيضًا من كل من مواقع ما قبل التشابك وما بعده. سيؤدي تعيين بروتين Shh ومستقبلاته على المستوى دون الخلوي إلى تعزيز فهم مكان وكيفية حدوث إشارات Shh ، وما هي الأدوار التي يلعبها Shh في وظيفة ومرونة الخلايا العصبية الناضجة.


نتائج

توليد خرائط الرحلان الكهربائي ثنائية الأبعاد للمشابك العصبية من مزارع الحصين CA3-CA1

لقد استخدمنا سابقًا نهج التجزئة الكلاسيكي لتنقية الأغشية المشبكية والعصارة الخلوية من المشابك الحُصينية CA3-CA1 [19]. تم الحصول على مادة البداية من الثقافات المنفصلة ، والتي تم تحضيرها من دماغ الفئران حديثي الولادة (P4-P5) بعد تشريح مجهري لمنطقة CA3-CA1. في هذه الدراسة ، تم استخدام نفس مصدر المواد المشبكية للحصول على المشابك العصبية النقية وإنشاء خرائط 2DE لهذه المجموعة السكانية الفرعية من نقاط الاشتباك العصبي الحُصين. لتقييم مدى التخصيب في البروتينات المشبكية ودرجة التلوث بالبروتينات الدبقية والمايلين ، تم تحليل الكسور تحت الخلوية بواسطة المجهر الإلكتروني القياسي (EM) وعن طريق النشاف الغربي (انظر الملف الإضافي 1). أظهرت هاتان الطريقتان أن درجة نقاء العينة كانت في الواقع أكبر بكثير في مستخلصات البروتين من الثقافات مقارنة بالمقتطفات من نسيج الحصين CA3-CA1 ([19] والبيانات غير المنشورة).

في الشكل & # x200B الشكل 1 ، يتم تقديم الخريطة المرجعية ثنائية الأبعاد لـ synaptosomes المنقى من الخلايا العصبية المستزرعة CA3-CA1. تم الكشف عن حوالي 1000 نقطة في نطاق الحجم 15 & # x02013150 كيلو دالتون مع نقطة متساوية الكهربي (بي) تتكون من القيم بين 4 و 9. المظهر العام لهذه الخرائط ثنائية الأبعاد والوزن الجزيئي (MW) و بي كانت التوزيعات والعدد والشدة النسبية لبقع البروتين الفردية جميعها قابلة للتكرار في تجارب مختلفة (انظر أدناه n = 12 ، عدد المواد الهلامية المستخدمة في هذه الدراسة. يتضمن هذا العدد n = 9 مواد هلامية تحليلية وتحضيرية ، و n = 3 مواد هلامية يستخدم لتحليل اللطخة الغربية ، فإن عدد النقاط المكتشفة في أفضل المواد الهلامية التحليلية الملطخة بالفضة والتي تم استخدامها لتحليل التعبير التفاضلي هو n = 1154 & # x000b1 231 ، يعني & # x000b1 sem n = 3 مواد هلامية.)


مناقشة

تظهر النتائج المقدمة هنا أن التنشيط البصري الوراثي للخلايا العصبية الهرمية CA1 في الحصين أدى إلى نقل بعيد لـ AIS ، ولكن لم يحدث تغيير في موضع المشابك المحورية المحورية ، مما أدى إلى عدم تطابق بين AIS ومدخلاته GABAergic. الأهم من ذلك ، يتنبأ نموذجنا بأن هذا التكوين له تأثيرات متعددة وبعيدة المدى على بدء وخصائص AP ، بما في ذلك تعديل توقيت وسعة APs ذات الانتشار الخلفي ، وكلاهما من المحتمل أن يؤثر على اللدونة طويلة المدى للمدخلات المتشابكة. يتم أيضًا زيادة العتبة الحالية للمنبهات القصيرة ، مما يجعلها أكثر كفاءة في تصفية المدخلات المشبكية المزيلة للاستقطاب ، مما يؤدي إلى انخفاض التماثل الساكن في استثارة الخلايا العصبية. ومن المثير للاهتمام ، أن نموذجنا تنبأ بأن نقل المشابك مع AIS سيكون له تأثير معاكس ، وهو زيادة في استثارة الخلايا العصبية مقارنة بعناصر التحكم. يبدو أن التفكك بين AIS والمشابك المحورية المحورية يؤدي إلى التكوين الأمثل للاستجابة التماثلية للتحفيز طويل الأجل. تكشف النتائج التي توصلنا إليها عن شكل جديد من اللدونة حيث يمكن تعديل موضع المشابك وهدفها بدقة متناهية لضبط ناتج الخلايا العصبية.

توزيع المشابك العصبية المحورية GABAergic في الحصين.

تم الإبلاغ سابقًا عن تغيير يعتمد على النشاط في موضع AIS في الخلايا العصبية الحُصينية المنفصلة (17). نوضح هنا ، على حد علمنا لأول مرة ، أن شكلاً مشابهًا من اللدونة يحدث أيضًا في الخلايا العصبية CA1 في شرائح النمط العضوي ، وهو إعداد يتم فيه الحفاظ على بنية الشبكة ووصلاتها. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أخذ شرائح من أنسجة ما بعد الولادة ، مما يضمن أن خلايا الثريا المتأخرة قد هاجرت إلى قرن آمون قبل تحضير الشريحة (9). نتيجة لذلك ، تمكنا من تصور المشابك العصبية المحورية GABAergic التي تصنعها الخلايا العصبية الثريا على AIS للخلايا الهرمية وتتبع سلوكها أثناء مرونة AIS. تشكلت المشابك المحورية المحورية على طول AIS ولم تكن متحيزة تجاه النهاية البعيدة ، كما لوحظ في الخلايا العصبية القشرية. اللافت للنظر ، لاحظنا أيضًا أن المشابك لم تكن مقيدة مكانيًا في AIS ولكنها امتدت إلى ما وراءه (19 ، 23). على الرغم من أنه من غير الواضح الدور الذي تلعبه هذه المشابك ، فمن المحتمل أنها تعدل انتشار AP أسفل المحور العصبي. في سياق مرونة AIS ، تضمن هذه المشابك العصبية أن AIS لا يزال معصوبًا حتى بعد انتقاله بعيدًا ، بحيث يمكن أن تستمر المشابك المحورية في تعديل الإخراج العصبي.

على طول محور عصبونات CA3 ، غالبًا ما يتم تركيب المشابك المحورية المحورية في الفجوات أو الثقوب الموجودة في بقعة AnkG في AIS. تم وصف هذا التوزيع المثقوب لـ AnkG سابقًا في عدد من الخلايا العصبية المختلفة ، بما في ذلك خلايا CA1 و CA3 ، باستخدام الفحص المجهري للإضاءة الهيكلية فائقة الدقة (24). تم ملء الفجوات في AnkG بشكل أساسي عن طريق مجموعات قناة البوتاسيوم ذات الجهد الكهربائي Kv2.1 ، وعلامة العضية الصخرية سينابتودين ، و GABAergic synapses. سيلزم إجراء المزيد من التصوير عالي الدقة بعد نقل AIS المعتمد على النشاط ، خاصة على المحاور الرقيقة للخلايا الهرمية CA1 ، لتحديد ما يحدث للبنية التحتية الدقيقة لـ AIS ، ومشابكه ، والبروتينات الأخرى المرتبطة بالمشابك المحورية المحورية . تعتبر قناة Kv2.1 مثيرة للاهتمام بشكل خاص لأنها لا تحتوي على مجال ربط AnkG (على عكس القنوات الأيونية الأخرى في AIS) وتخضع لتشتت يعتمد على النشاط (فقدان التجمع) وتغيير في خصائص البوابة التي يعتقد أنها ذات طبيعة متجانسة ( 30 ، 31). تعتمد هذه الأحداث على الكالسينيورين (30) ، تمامًا مثل نقل AIS في الخلايا العصبية المنفصلة (16) ، مما يعني أن شلالات الإشارات المماثلة قد تعمل على كلا الجزأين وبالتالي يمكن أن تكون مسؤولة عن عدم التطابق بين المشابك المحورية المحورية و AIS المرصود هنا.

تشير بياناتنا بقوة إلى وجود مجالين مكانيين في AIS لهما هويات جزيئية مميزة ، أحدهما يعتمد على بروتين السقالات AnkG والآخر على بروتين GABAergic scaffolding gephyrin. ومع ذلك ، فقد أظهرت البيانات الحديثة في الخلايا العصبية في الحصين أن AnkG توجد بشكل عام بجوار المشابك GABAergic في الحجرة الجسدية العصبية وتتفاعل معها بالفعل من خلال ارتباطها بـ GABARAP (32). يُعتقد أن التفاعل مع AnkG يعمل على استقرار المشابك العصبية GABAergic من خلال معارضة الالتقام الخلوي لـ GABARs (32). على الرغم من أننا وجدنا أن مستويات AnkG في المسافة بين AIS و Soma إما انخفضت بشدة أو غابت بعد نقل AIS ، في العديد من صورنا لا نزال نرى مجموعات ذات علامات ضعيفة من تلطيخ AnkG ، والتي قد تكون كافية لتحقيق الاستقرار في نقاط الاشتباك العصبي المتبقية خلف بعد نقل AnkG. بدلاً من ذلك ، قد لا تحتاج هذه المشابك المعينة إلى AnkG لتظل مستقرة. خلايا بركنجي ، على سبيل المثال ، لا تظهر أي ملصق AnkG في سوما (32) ، ومع ذلك فهي لا تزال تتلقى مدخلات مثبطة ، مما يشير إلى أن وجود AnkG ليس دائمًا شرطًا أساسيًا لمشبك GABAergic المستقر. على أي حال ، لم تكشف بياناتنا عن تغيير في عدد المشابك المحورية المحورية ، على الرغم من أنه لا يزال يتعين تحديد ما إذا كانت قوة هذه المشابك قد تغيرت (33 × 35). أظهر العمل السابق أن النوبات في الدماغ يمكن أن تؤدي إلى فقدان كل من مدخلات GABAergic المحورية والجسدية والتي قد تؤدي بعد ذلك إلى أشكال مستعصية من الصرع (36 ، 37). يمكن تفسير معظم ذلك بفقدان الخلايا العصبية الداخلية من خلال الضرر الناجم عن السمية المثيرة ، والذي من المحتمل أن يكون ناتجًا عن المستويات العالية من النشاط في الشبكة. تأكد إجراءنا التجريبي من أن النشاط قد زاد فقط في الخلايا الهرمية المفردة ، باستخدام التحفيز البصري الوراثي للخلايا العصبية المعزولة دوائيًا. نتيجة لذلك ، سيتم إحداث الأحداث المستقلة الخلوية فقط والتي من شأنها تجاوز النشاط المفرط للشبكة وبالتالي تجنب السمية العصبية الداخلية.

اللدونة والمخرجات العصبية لـ AIS.

لاحظنا أن الخلايا العصبية CA1 خفضت مستويات استثارة بعد التحفيز طويل الأمد. من المحتمل أن تكون هذه النتيجة بسبب التغيير في موضع AIS ، فضلاً عن الانخفاض في صفي. وجدنا أيضًا أن شكل AP قد تغير. أظهر المشتق الثاني من AP في الخلايا العصبية الضابطة قمتين واضحتين تتوافقان مع AP الجسدي والمحوري ، بهذا الترتيب ، وتم العثور على هاتين القمتين بعيدتين في الخلايا العصبية المحفزة ذات AIS الأكثر بُعدًا (الشكل S5). ج و د). أبسط تفسير لهذا التأخير في الذروة الثانية هو المسافة الأكبر التي تحتاجها نقطة الوصول أثناء انتقالها للخلف إلى سوما. في الواقع ، يؤدي أخذ النقل البعيد 12 ميكرومتر لنظام AIS المقاس هيكليًا مع زيادة 60 ميكرو ثانية في التأخير بين القمم إلى سرعة انتشار AP تبلغ 0.2 متر / ثانية. تتماشى هذه النتيجة مع المقاييس السابقة لانتشار AP على طول المحاور غير المبطنة في الحصين (38 ⇓ -40) وتم تأكيدها أيضًا في نموذجنا ، حيث تسبب نقل AIS في تأخير مماثل في الذروة الثانية (الشكل S6).أ).

شكل AP في الخلايا العصبية الهرمية CA1 المحفزة والتحكم. (أ) متوسط ​​تتبع AP (اليسار) ، المشتق الأول (مركز) ، ومؤامرة المرحلة (حق) من أول AP تم الحصول عليه استجابة للحقن الحالية التي تبلغ 10 مللي ثانية عند العتبة. (ب) متوسط ​​تتبع AP (اليسار) ، المشتق الأول (مركز) ، ومؤامرة المرحلة (حق) من أول AP تم الحصول عليه استجابة للحقن الحالية التي تبلغ 500 مللي ثانية. (ج) متوسط ​​المشتق الثاني من أول AP تم الحصول عليه استجابة لـ 10 مللي ثانية (العلوي) أو الحقن الحالية 500 مللي ثانية (أدنى). (د) التأخير بين الذروة الأولى والثانية في المشتق الثاني لشكل موجة AP (يعني ± SEM **ص & لتر 0.01 ن = 14 ChR2 و ChR2 محفز ، ن = 16 الجار).

توصيف خرج AP من النموذج الحسابي. (أ) شكل موجة AP ، مشتقها الأول ، مخطط الطور ، والمشتق الثاني في حالتين مختلفتين: AIS القريب (مسافة AIS إلى سوما 3.5 ميكرومتر) والبعد AIS (مسافة AIS 15 ميكرومتر). (ب) منحنى المدخلات والمخرجات لشرطين مختلفين كما هو موصوف أ، استجابة لحقن تيار 800 مللي ثانية في سوما.

الأهم من ذلك ، أن نموذجنا الحسابي سمح لنا أيضًا بالتحقيق في نتيجة موضع المشبك GABAergic على الإخراج العصبي واستكشاف سيناريوهات مختلفة. كشفت أن تحريك AIS بعيدًا يمكن أن يكون له تأثيرات معاكسة على توليد AP ، اعتمادًا على موضع المشابك المحورية المحورية. عندما يتم تحريك AIS بعيدًا مع ترك المشابك المحورية المحورية بالقرب من سوما ، انخفض اتساع AP وزاد زمن الوصول إلى نقطة الوصول الأولى بالإضافة إلى العتبة الحالية ، وكل ذلك يشير إلى انخفاض في استثارة مقارنة مع عناصر التحكم. ومع ذلك ، إذا تم نقل نقاط الاشتباك العصبي مع AIS ، والابتعاد عن سوما ، وجدنا تأثيرًا معاكسًا على هذه المعلمات ، مما يشير إلى زيادة في استثارة مقارنة مع عناصر التحكم. أحد التفسيرات المحتملة لهذه النتيجة المفاجئة هو أن المشابك القريبة تخلق تحويلة من شأنها أن تمنع جزئيًا شحن الغشاء استجابةً لمدخلات إزالة الاستقطاب وستؤثر على كل من المحاور والأغشية الجسدية القريبة. نتيجة لذلك ، ستتأثر قنوات الصوديوم في كلا الجزأين. ومع ذلك ، إذا تم نقل نقاط الاشتباك العصبي بعيدًا ، فسيتم أيضًا إزاحة تأثير التحويل بعيدًا عن سوما ، مما يؤدي إلى حدوث تعديل بشكل رئيسي في AIS وأقل من ذلك في سوما. على الرغم من بدء تشغيل AP في نموذجنا في النهاية البعيدة لـ AIS ، حيث تكون ظروف الغشاء مثالية لبدء السنبلة ، فإن قنوات الصوديوم الجسدية تساهم أيضًا في توليد AP وشكل AP في سوما. وبالتالي ، فإن المشابك القريبة ستمنع تنشيط كل من قنوات الصوديوم الجسدية و AIS ، في حين أن المشابك البعيدة ستعمل بشكل تفضيلي على قنوات AIS فقط ، مما يؤدي إلى التأثيرات المعاكسة على خصائص AP الموضحة في هذه الدراسة.

في الختام ، ينتج عن النقل البعيد لـ AIS جنبًا إلى جنب مع التوزيع القريب للمشابك المحورية المحورية التكوين المثالي لتقليل استثارة الخلايا العصبية للخلايا العصبية الهرمية CA1 ، وبالتالي للاستجابة التماثلية للتحفيز طويل الأجل.


العدد الإجمالي وتوزيع المشابك المثبطة والمثيرة على الخلايا الهرمية CA1 الحصينية

تعتمد الخصائص التكاملية للخلايا العصبية بشدة على عدد ونسب وتوزيع المدخلات المشبكية المثبطة والمثبطة التي تتلقاها. في هذه الدراسة تم قياس الهندسة ثلاثية الأبعاد للأشجار المتغصنة وكثافة المشابك المتناظرة وغير المتكافئة في الأجزاء الخلوية المختلفة للخلايا الهرمية لمنطقة حصين الفئران CA1 لحساب العدد الإجمالي وتوزيع المدخلات المثيرة والمثبطة على خلية واحدة.

تحتوي الخلية الهرمية المفردة على 12000 ميكرومتر من التشعبات وتتلقى حوالي 30000 من المدخلات المثيرة و 1700 المثبطة ، يتركز 40 ٪ منها في المنطقة المحيطة بالجسم و 20 ٪ على التشعبات في الطبقة اللاكونوسوم الجزيئية. تشير ميزات ما قبل وما بعد التشابك إلى أن تشعبات الخلية الهرمية CA1 غير متجانسة. تتشابه Strata radiatum و oriens dendrites وتختلف عن التشعبات الطبقية lacunosum -oleculare dendrites. الداني القمي والطبقات القاعدية المشعة والتشعبات أورينز خالية من العمود الفقري أو شوكية قليلة. الطبقات المشعة البعيدة والتشعبات البعيدة (التي تشكل 68.5٪ من شجرة الخلايا الهرمية المتغصنة) هي شوكية بكثافة تنتهي مدخلاتها المثيرة حصريًا على أشواك متغصنة ، بينما تستهدف المدخلات المثبطة فقط مهاوي شجيرية. نسبة المدخلات المثبطة على الطبقة الشوكية البعيدة المشعة والتشعبات البعيدة منخفضة (∼3 ٪). في المقابل ، تتلقى المقاطع التغصنية القريبة في الغالب (70-100٪) مدخلات مثبطة. المدخلات المثبطة فقط تعصب الأجزاء الأولية الجسدية (77-103 لكل خلية) والمحاور الأولية. تمتلك التشعبات في الطبقة الجسيمية-الجزيئية كميات معتدلة إلى صغيرة من العمود الفقري. تكون المشابك المثيرة على التشعبات الجزيئية للطبقة اللاكونية أكبر من المشابك في الطبقات الأخرى ، وغالبًا ما تكون مثقبة (40٪) ويمكن وضعها على أعمدة شجيرية. المدخلات المثبطة ، التي تكون نسبتها عالية نسبيًا (-14-17٪) ، تنتهي أيضًا على أشواك شجرية.

تشير نتائجنا إلى أن: (1) الإثارة شديدة التقارب التي تصل إلى التشعبات البعيدة للخلايا الهرمية يتم التحكم فيها بشكل أساسي عن طريق تثبيط قريب (2) تنظيم المدخلات المثيرة والمثبطة في الطبقات التي تستقبل مدخلات شافر الجانبية (المشعة / الأوريينز) مقابل الثاقبة. يختلف إدخال المسار (lacunosum -oleculare) اختلافًا كبيرًا.


تنظم الآليات المتميزة مستقبلات GABAA وتجمع الجفيرين في نقاط الاشتباك العصبي المحيطي والمحوري المحوري على الخلايا الهرمية CA1

تعبر الخلايا الهرمية عن أنواع فرعية مختلفة من مستقبلات GABA (A) (GABA (A) R) ، ربما لمطابقة المدخلات من الخلايا العصبية الداخلية المتميزة وظيفيًا والتي تستهدف مجالات خلوية محددة. يتم ضمان التثبيت بعد المشبكي لـ GABA (A) Rs من خلال تفاعل معقد بين بروتين السقالات gephyrin و neuroligin-2 و collybistin. قد تساهم التفاعلات المباشرة بين هذه البروتينات ووحدات GABA (A) R الفرعية في التوزيع الخاص بالمشابك للأنواع الفرعية GABA (A) R. بالإضافة إلى ذلك ، فإن مركب dystrophin-glycoprotein ، المترجمة بشكل أساسي في المشابك العصبية ، ينظم تجمع GABA (A) R بعد المشبكي في هذه المواقع. هنا ، قمنا بالتحقيق في كيفية تغيير التنظيم الوظيفي والجزيئي لمشابك GABAergic في الخلايا العصبية الهرمية CA1 في الفئران التي تفتقر إلى الوحدة الفرعية GABA (A) R α2 (α2-KO). لقد أبلغنا عن خسارة ملحوظة خاصة بطبقة معينة لمجموعات الجيفرين بعد المشبكي والنيوروليجين -2 ، دون تغييرات في المحطات الطرفية قبل المشبكية من GABAergic. تُظهر تسجيلات مشبك الجهد للخلية الكاملة في شرائح من الفئران α2-KO انخفاضًا بنسبة 40 ٪ في تردد GABAergic mIPSC ، مع سعة وحركية غير متغيرة. يوضح تطبيق تركيزات منخفضة / عالية من الزولبيديم للتمييز بين α1- و α2 / α3-GABA (A) Rs أن mIPSCs المتبقية في الفئران α2-KO يتم توسطها بواسطة α1-GABA (A) Rs. يكشف تحليل التألق المناعي عن الحفاظ على مجموعات α1-GABA (A) R و neuroligin-2 ، ولكن ليس مجموعات الجفيرين ، في المشابك العصبية للفئران الطافرة ، جنبًا إلى جنب مع فقدان كامل لهذه العلامات الثلاثة على الجزء الأولي من محور عصبي. يرتبط هذا الاختلاف الخلوي المذهل بالحفاظ على مجموعات dystrophin ، المتحدرة مع neuroligin-2 و α1-GABA (A) Rs على أجسام الخلايا الهرمية للفئران الطافرة. لم يتم الكشف عن ديستروفين في الجزء الأولي من محور عصبي في أي من النمط الجيني. بشكل جماعي ، تكشف هذه النتائج عن إرساء خاص بالمشابك لـ GABA (A) Rs في مواقع ما بعد المشبكي وتشير إلى أن مركب dystrophin-glycoprotein يساهم في تثبيت α1-GABA (A) R و neuroligin-2 ، ولكن ليس gephyrin ، في كثافات ما بعد المشبكي.

الأرقام

الشكل 1. توصيف الفئران α2-KO

الشكل 1. توصيف الفئران α2-KO

الشكل 2. التوصيف المورفولوجي لمكونات GABAergic ...

الشكل 2. التوصيف المورفولوجي لمكونات GABAergic في الفئران α2-KO

الشكل 3. تأثير جبرا 2 الحذف في ...

الشكل 3. تأثير جبرا 2 الحذف على GABAergic mIPSCs وحساسيتها تجاه الزولبيديم في ...

الشكل 4. التعديلات التفاضلية في علامة ما بعد المشبكي ...

الشكل 4. التعديلات التفاضلية في توزيع علامة ما بعد المشبكي في الخلايا العصبية CA1 لفئران α2-KO ، مثل ...

الشكل 5. dystrophin سليم والوحدة الفرعية α1 و ...

الشكل 5. dystrophin السليم ، والوحدة الفرعية α1 وتكتل NL2 في المشابك العرضية للهرم CA1 ...

الشكل 6. فقدان علامات GABAergic بعد المشبكي ...

الشكل 6. فقدان علامات GABAergic بعد المشبكي في AIS للخلايا الهرمية CA1 المتحولة ...

الشكل 7. الحفاظ على المحطات قبل المشبكية في ...

الشكل 7. الحفاظ على النهايات ما قبل المشبكية في المشابك العصبية العرضية والمحورية المحورية في الخلايا العصبية CA1 من ...


مراجع

  1. تشن XW
  2. فنغ يك
  3. هاو سي جيه
  4. قوه XL
  5. هو العاشر
  6. تشو زي
  7. قوه ان
  8. هوانغ إتش بي
  9. شيونغ دبليو
  10. تشنغ إتش
  11. Zuo PL
  12. تشانغ سي إكس
  13. لي دبليو
  14. تشو زد
  1. Fjorback AW
  2. بحار م
  3. جوستافسن سي
  4. محمدباسيتش أ
  5. جوكول إس
  6. وو سي
  7. ميليتز د
  8. شميت الخامس
  9. مادسن ب
  10. نينغارد جونيور
  11. Willnow TE
  12. كريستنسن إي
  13. Mobley WB
  14. Nykjær A
  15. Andersen OM
  1. Harterink M
  2. Port F
  3. Lorenowicz MJ
  4. McGough IJ
  5. Silhankova M
  6. Betist MC
  7. van Weering JR
  8. van Heesbeen RG
  9. Middelkoop TC
  10. Basler K
  11. Cullen PJ
  12. Korswagen HC
  1. Hu JH
  2. Park JM
  3. Park S
  4. Xiao B
  5. Dehoff MH
  6. Kim S
  7. Hayashi T
  8. Schwarz MK
  9. Huganir RL
  10. Seeburg PH
  11. Linden DJ
  12. Worley PF
  1. Jaworski J
  2. Kapitein LC
  3. Gouveia SM
  4. Dortland BR
  5. Wulf PS
  6. Grigoriev I
  7. Camera P
  8. Spangler SA
  9. Di Stefano P
  10. Demmers J
  11. Krugers H
  12. Defilippi P
  13. Akhmanova A
  14. Hoogenraad CC
  1. Munsie LN
  2. Milnerwood AJ
  3. Seibler P
  4. Beccano-Kelly DA
  5. Tatarnikov I
  6. Khinda J
  7. Volta M
  8. Kadgien C
  9. Cao LP
  10. Tapia L
  11. Klein C
  12. Farrer MJ
  1. Wang Z
  2. Edwards JG
  3. Riley N
  4. Provance DW
  5. Karcher R
  6. Li XD
  7. Davison IG
  8. Ikebe M
  9. Mercer JA
  10. Kauer JA
  11. Ehlers MD
  1. Wassmer T
  2. Attar N
  3. Harterink M
  4. van Weering JR
  5. Traer CJ
  6. Oakley J
  7. Goud B
  8. Stephens DJ
  9. Verkade P
  10. Korswagen HC
  11. Cullen PJ

Synaptic Transmission at the CA3-CA1 Glutamatergic Synapse

We reconstructed a 6x6x5 μm3 piece of the rat CA1 hippocampal neuropil containing 465 synapses and parts of 450 axons, 150 dendrites and a single astrocyte (Fig. 1), and used MCell to study the dynamics of transmitter release at presynaptic terminals (Modchang, Nadkarni et al. 2010 Nadkarni, Bartol et al. 2010), the diffusion and spillover of glutamate in extracellular space (ECS) (Kinney Submittted) and the dynamics of calcium in postsynaptic spines (Keller, Franks et al. 2008). An HD video of the reconstruction can be viewed online at: http://www.youtube.com/watch?v=FZT6c0V8fW4.


Fig 1. Frame from an MCell movie shortly after release of glutamate (yellow) from an axon (gray) opposed to a dendritic spine (blue) in reconstructed CA1 neuropil in which only a few of the axons and dendrites are shown (Scientific American, March 2011).

We used MCell to model the entry and diffusion of calcium in the presynaptic terminal and calcium binding to calcium sensors on synaptogamin. We identified three time scales for synchronous and asynchronous vesicle release that were insensitive to the spatial details of the synaptic ultrastructure and accounted for a wide range of experimental results. The model predicted that approximately 64 High-Voltage Calcium Channels were needed in the terminal at an average distance of 300 μm from the calcium sensors to account the range of release probabilities and paired-pulse facilitation (Modchang, Nadkarni et al. 2010 Nadkarni, Bartol et al. 2010).

The 3D geometry of the extracellular space is visualized in Fig. 2 as a solid. In contrast to the accepted value of 20 nm for the extracellular spacing, the reconstruction revealed an interconnected network of large diameter (60 nm) tunnels, formed at the junction of three or more cellular processes, spanned by sheets between pairs of cell surfaces with nearly uniform width (Kinney Submittted).

We used MCell to simulate the entry of calcium through NMDA receptors in the postsynaptic spine and showed that at normal calcium pump densities, the calcium dynamics in spines is almost independent of the spine neck length. This implies that spines can change the length of their neck to make synaptic connections with nearby axons without affecting the critical timing of the calcium signals that control synaptic plasticity (Keller, Franks et al. 2008).


Fig 2. The geometry of extracellular space (ECS) has thin sheet-like surfaces between networks of wide tunnels. (B) ECS vertices were classified as sheet-like or tunnel-like according to the number of neighboring objects. (C) Cross-section through the raw reconstruction showing approximate location of vertices identified as being tunnel-like (blue) and sheet-like (red). Scale bar: 500 nm. (D) One cubic micron showing the ECS as a solid with the intracellular space invisible. ECS width is color coded. (Kinney Submittted)

الانتماءات

Pasteur Institute Rome-Department of Physiology and Pharmacology, Sapienza University of Rome, Italy

Giampaolo Milior, Maria Amalia Di Castro, Livio Pepe’ Sciarria, Stefano Garofalo, Davide Ragozzino, Cristina Limatola & Laura Maggi

Inserm U1127, CNRS UMR7225, Sorbonne Universités, UPMC UMR S1127, Institut du Cerveau et de la Moelle épinière, Paris, 75013, France

Department of Cell Biology and Neurosciences, Section of Behavioural Neurosciences, Istituto Superiore di Sanità, Rome, Italy


شاهد الفيديو: رحلة عبر جهازك العصبي (ديسمبر 2022).