对均匀短轴突线粒体功能意义

哥伦比亚大学神经科学家已经发现为什么线粒体,微型发电机,保持细胞健康,往往奇形怪状的大脑内部。线粒体的存在的几千37万亿年我们身体的每个细胞,通常看起来像长相互连接的管子。

但在大脑细胞叫做神经元,他们采用两个完全不同的形状取决于细胞内的位置:同样的细长,管状,明显小,近球形,更像高尔夫球。在目前的研究中,研究人员已经确定了机制负责这些线粒体形态的差异,发现关键洞察线粒体的形状和功能之间的关系。

这项研究在线发表在今天自然通讯表明,这些异常小,蹲线粒体帮助神经元生长和大脑发展中做出适当的连接。工作可以打开新的行调查可能在起作用,当这些流程出错的大脑疾病。

不深入研究大脑的内部运作这种级别的细节将会类似于试图了解一辆车是如何工作的只是通过观看它沿着一条高速公路。你必须打开车的引擎盖上,仔细看看它的所有部件。

“在大多数细胞在体内,线粒体的标准管状,但在神经细胞,线粒体可以采用同样的形状也可以是小,近球形;这种差异很大程度上仍未知的原因,”弗兰克Polleux说,博士,哥伦比亚大学首席研究员的心理大脑行为研究所和莫蒂默·扎科曼论文的资深作者。

“今天,我们发现了一个意想不到的机制,有助于维持这些线粒体的异常规模小,为进一步探究如何维护他们的大小正常脑细胞增长至关重要。”

视频来源:哥伦比亚大学Zuckerman研究所

这些线粒体是最终的独特形状与神经元本身的独特的形状。与其他细胞的身体仅由一个简单的细胞,神经元也有两套扩展,分支向外的方向相反,称为树突和轴突。这些扩展是至关重要的。他们跨越从神经元像卷须,链接到其他细胞互相传递信息的形式电脉冲——形成微观比例的信息高速公路。

通过这些脉冲,一个神经元的轴突将连接到另一个神经元的树突。接触点,称为突触,就像一个细胞间“握手”,以确保正确的电脉冲,因此正确的信息——细胞之间共享。

支持细胞通讯,一个轴突形成成千上万的各个分支,每个直径约1微米- 50倍小于人类头发的宽度。在每一个轴突和其分支机构存在成千上万的小线粒体,它们经常在突触本地化。

“这些轴突体内线粒体线粒体是不同于任何其他地方,他们甚至比其他地区的不同神经元,“Polleux博士说,他也是一个欧文哥伦比亚大学医学中心的神经学教授。“这个请求的问题:这小尺寸为一个函数吗?”

线粒体是非常动态。为了保持大小一致,他们不断接受融合(几个线粒体将结合成一个)和裂变(分裂)。在一系列的实验中对神经元来自老鼠的大脑,研究人员,包括co-first作家和前Polleux实验室成员汤米·刘易斯博士发现一个叫做MFF基因。当开启,MFF似乎保持轴突线粒体明显小。

“MFF促进线粒体基因裂变,Polleux博士说。“所以,当我们关闭MFF倾斜的平衡,增加融合事件。这通常导致线粒体小轴突长度增加five-to-ten-fold。”

令人惊讶的是,这种规模的增加不会降低线粒体上下移动轴突的能力。也没有改变他们的能力作为能源大国,这是完全出人意料,因为这被认为是他们在大多数细胞主要的作用。

有一个显著的差异在这些新的、更长的轴突线粒体,发现co-first作家和前Polleux实验室成员Seok-Kyu Kwon博士:他们在一个显著更大数量的钙从他们的环境。钙对大脑活动至关重要,包括突触之间的传输。线粒体钙的吸收通常允许电信号通过细胞之间。

但不再线粒体意味着更大的能力在突触钙。研究人员观察到,这扰乱了正常模式在细胞之间传递的电信号,损害神经元的能力与他们的邻居交流。这种障碍也阻碍轴突在开发期间,最终导致他们减少他们的分支。

“通常规模较小,轴突线粒体似乎保持缓冲在合适的钙水平驱动轴突生长和促进健康细胞连接,“Polleux博士说。

有趣的是,这些发现还表明,能源生产的主要工作——线粒体身体其它部位的——可能不是轴突线粒体的主要职责。

“可能会有一个更专业的角色,“Polleux博士说。”,是我们正在积极破解此时此刻。”

Polleux博士,知道步骤,推动神经元增长解开神经退行性疾病是一个至关重要的一步。许多疾病,包括阿尔茨海默氏症,影响线粒体的结构和功能。他希望在他的实验室里工作可以帮助解释为什么会出现这种情况,也可以采取什么步骤来缓解它。

“不深入研究大脑的内部运作的细节在这个级别将类似于试图了解一辆车是如何工作的只是通过观看它沿着一条高速公路,”他补充道。“你必须打开车的引擎盖上,仔细看看它所有的部分。”

这篇文章被转载材料所提供的在纽约的哥伦比亚大学。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。

参考:

刘易斯,t . L。Kwon S。李,。肖,R。& Polleux, f (2018)。MFF-dependent线粒体分裂调节突触前释放和轴突分支通过限制轴突线粒体大小。自然通讯,9(1)。doi: 10.1038 / s41467 - 018 - 07416 - 2