识别标签定义的神经回路

人类的大脑是由复杂的神经元回路,细胞专门通过电化学信号传输信息。像电路在计算机,这些神经回路必须以特定的方式连接到正常运作。但随着数十亿神经元的一个人类的大脑,一个神经元是如何做出正确的连接正确的细胞?

生物学家们长期以来一直在寻找某种细胞的细胞识别标签,标签应该形式连接。现在,研究人员从加州理工学院的生物学教授的实验室Kai辛已经确定了分子像识别标签在果蝇神经元果蝇。从两个不同的分子亚科,他们发现蛋白质称为Dpr和浸蛋白质,选择性地结合在一起。这个绑定可以导致神经元表达Dpr蛋白质形成与神经元蛋白质表达相应的倾斜,发挥着重要的指导作用神经肌肉和视觉系统的发展成长果蝇。

一篇论文详细研究结果发表在《华尔街日报》细胞。

2013年,克里斯托弗·加西亚的结构生物学之间的协作组织斯坦福大学和加州理工学院辛组映射所有200种不同之间的交互果蝇细胞表面的蛋白质。通过分离的蛋白质从细胞和观察它们的交互在试管中,集团决定哪些蛋白质绑定在一起。集团建立了一个复杂模型的蛋白质称为interactome互动。这项工作表明21亚科的“免疫球蛋白超科”蛋白质,dpr,选择性地结合9-member亚叫下降。

表达式的)Dpr11(绿色)和B) DIP-g飞视叶(绿色)。每个Dpr和倾斜是表达独特的子集内的神经元和层次视叶。信贷:Kaushiki梅农/加州理工学院

“某些成员dpr和下降匹配和绑定在一起- - - - - -就像一个锁和钥匙- - - - - -在试管中,”辛说。“我们想知道是否需要绑定体内时,果蝇大脑,如果绑定将确定突触形成。”

“我们想知道如果这些神经细胞表面的蛋白质相互作用影响细胞自身的方式互动,”罗伯特·卡里说,博士后学者辛组和co-first作者在新的纸上。“我们显示神经细胞,表达彼此匹配的蛋白质往往形成突触,我们推断,这些分子之间的相互作用是驾驶突触的形成。”

为了测试这一理论,辛组研究使用果蝇视觉系统来确定这些蛋白质对发展的影响。飞的眼睛发出轴突神经元在大脑的视觉部分分层结构,视叶。这些结构之一,髓质,分为十层,每个视叶神经元形成突触在这些层的特定子集。通过消除一定的倾角和Dpr蛋白质在蝇蛹,研究人员使轴突“过度”目标层。此外,他们观察到在果蝇的神经肌肉系统发育缺陷消除相同的蛋白质。另一个纸在同一期细胞,从拉里•Zipursky集团在加州大学洛杉矶分校,还发现表达dpr和下降与大脑突触连接的模式。

[[{“栓”:“2240”,“view_mode”:“默认”,“类型”:“媒体”,“属性”:{“alt”:“Dpr-ome网络”,“类”:“media-element file-default“}}]]21 Dpr和9-member底亚科搞笑的蛋白质相互作用。相互作用的分子基础在于其疏水接口和这些交互控制神经系统发展和突触连接神经肌肉接点(NMJ)和视叶。信贷:罗伯特•Carrillo Kaushiki Menon女士Ozkan

这一发现有助于验证一个理论提出在1950年代到加州理工学院的教授、诺贝尔奖得主罗杰斯佩里。试验主要是鱼和青蛙的大脑,斯佩里发现,他可以操纵或减少神经元之间的轴突,和细胞仍将重新正确的连接。

“斯佩假设单个神经元必须携带某种识别标记,其识别是用于创建大脑突触回路,”Kaushiki Menon说,辛组和高级博士后学者co-first作者在纸上。“我们小组已经表明果蝇Dpr和泡蛋白适合斯佩里提出的细胞识别标签的定义。”

这种修补大脑的电路是有可能的,因为苍蝇,和人类不同,大脑,主要是“天生的”。"In mammals, the brain has a basic initial scaffold laid down by genetics, and then over time there is a lot of complicated experience-dependent rearrangement. Essentially, the brain can rewire itself through experience," Zinn says. "Fly brains can't do that."

虽然他们的研究结果并不立即可概括的哺乳动物,辛教授和他的团队希望他们可以提供一个起点,探测人类大脑的结构。“我们希望会有蛋白质网络功能类似的人类,而这些可能是相关的理解存在的人类大脑的支架是如何出生时通过遗传学组装。”

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。

加州及技术(加州理工学院)原始报告:Lori Dajose

出版

Carrillo RAet al。控制突触连接的网络的果蝇IgSF细胞表面的蛋白质。细胞,2015年12月17日发表。doi: 10.1016 / j.cell.2015.11.022