Identifizieren Sie die Tunnel, die Neuronen im sich entwickelnden Gehirn verbinden

Zusammenfassung: Bei der Bildung des Kleinhirns kommunizieren Zellen der äußersten Schicht des kindlichen Gehirns auf einzigartige Weise über Nanoröhren miteinander. Dies geschieht, bevor sich Synapsen bilden.

Quelle: Pasteur-Institut

Mehr als hundert Jahre nach der Entdeckung der Neuronen durch den Neuroanatomen Santiago Ramón y Cajal vertiefen Wissenschaftler ihr Wissen über das Gehirn und seine Entwicklung weiter.

in einer Sprachausgabe Wissenschaft schreitet voran Am 5. April enthüllte ein Team des Pasteur Institute und des National Center for Scientific Research in Zusammenarbeit mit der Harvard University neue Erkenntnisse darüber, wie Zellen in den äußeren Schichten des Gehirns unmittelbar nach der Geburt während der Bildung des Kleinhirns, des Gehirns, interagieren Region in Richtung der Rückseite des Gehirns. Schädel.

Wissenschaftler haben eine neue Art der Verbindung zwischen Vorläuferneuronen über Nanoröhren nachgewiesen, noch bevor Synapsen, die traditionellen Verbindungen zwischen Neuronen, gebildet werden.

Im Jahr 2009 identifizierte das Team von Chiara Zurzolo (Membrane Mobility and Disease Unit des Pasteur Institute) einen neuen Mechanismus der direkten Kommunikation zwischen Neuronen in Kultur über Nanotunnel, bekannt als Nanoröhren. Diese sind an der Vermehrung verschiedener toxischer Proteine ​​beteiligt, die sich bei neurodegenerativen Erkrankungen im Gehirn anreichern.

Daher könnten Nanoröhren ein geeignetes Ziel für die Behandlung dieser Krankheiten oder Krebsarten sein, wo sie auch vorkommen.

In dieser neuen Studie haben Forscher Nanotunnel entdeckt, die Protozellen im Gehirn verbinden, genauer gesagt im Kleinhirn – einer Region, die sich nach der Geburt entwickelt und für Haltungsanpassungen wichtig ist, um die Homöostase aufrechtzuerhalten – wenn sie zu Neuronen reifen.

Obwohl diese Tunnel ähnlich groß sind, unterscheiden sie sich in ihrer Form von einem zum anderen: Einige haben Verzweigungen, andere nicht, einige sind von Zellen umgeben, an denen sie befestigt sind, während andere ihrer lokalen Umgebung ausgesetzt sind.

Die Autoren glauben, dass diese Verbindungen zwischen Zellen (ICs) den Austausch von Molekülen ermöglichen könnten, die präneuronalen Zellen helfen, physisch durch verschiedene Schichten zu wandern und ihr endgültiges Ziel zu erreichen, während sich das Gehirn entwickelt.

Interessanterweise haben integrierte Schaltkreise anatomische Ähnlichkeiten mit den Brücken, die gebildet werden, wenn Zellen die Teilung beenden.

„ICs können aus der Zellteilung stammen, aber während der Zellmigration bestehen bleiben, sodass diese Studie Aufschluss über Mechanismen geben kann, die eine Koordination der Zellteilung und Migration ermöglichen, die an der Gehirnentwicklung beteiligt sind.

„Auf der anderen Seite könnten integrierte Schaltkreise, die nach der Mitose zwischen Zellen erstellt werden, einen direkten Austausch zwischen Zellen jenseits der üblichen synaptischen Verbindungen ermöglichen und unser Verständnis der Gehirnkonnektivität revolutionieren.

„Wir zeigen, dass es nicht nur Synapsen gibt, die die Kommunikation zwischen Zellen im Gehirn ermöglichen, sondern auch Nanoröhren“, sagt Dr. Zurzolu, Seniorautor und Leiter der Abteilung für Membranmobilität und Pathogenese (Institut Pasteur/CNRS).

Um diese Entdeckungen zu machen, nutzten die Forscher ein 3-D-Elektronenmikroskopie-Verfahren und Gehirnzellen aus Mausmodellen, um zu untersuchen, wie Gehirnregionen miteinander kommunizieren. Damit können hochauflösende neuronale Netzkarten rekonstruiert werden. Das 3D-Volumen des Kleinhirns, das in der Studie hergestellt und verwendet wurde, enthielt mehr als 2.000 Zellen.

„Wenn Sie wirklich verstehen wollen, wie sich Zellen in einer 3D-Umgebung verhalten, und die Lage und Verteilung dieser Tunnel kartieren möchten, müssen Sie ein gesamtes Gehirn-Ökosystem rekonstruieren, was einen außerordentlichen Aufwand mit etwa zwanzig beteiligten Personen erfordern würde.“ sagte Erstautor Diego Cordero.

Um die Herausforderungen bei der Arbeit mit dem breiten Spektrum an Zelltypen zu bewältigen, die das Gehirn enthält, verwendeten die Autoren ein Werkzeug der künstlichen Intelligenz, um automatisch kortikale Schichten zu unterscheiden. Darüber hinaus haben sie eine Open-Source-Software namens entwickelt CellWalker Um die morphologischen Merkmale der 3D-Segmente zu charakterisieren.

Der Gewebeblock wurde aus Hirnschnittbildern rekonstruiert. Diese Software wird Wissenschaftlern kostenlos zur Verfügung gestellt, um die komplexen anatomischen Informationen, die in diese Art von mikroskopischen Bildern eingebettet sind, schnell und einfach zu analysieren.

Der nächste Schritt wird darin bestehen, die biologische Funktion dieser Zelltunnel zu bestimmen, um ihre Rolle bei der Entwicklung des zentralen Nervensystems und in anderen Gehirnregionen sowie ihre Funktion bei der Kommunikation zwischen Gehirnzellen bei neurodegenerativen Erkrankungen und Krebs zu verstehen. Die entwickelten Rechenwerkzeuge werden anderen Forschungsteams auf der ganzen Welt zur Verfügung gestellt.

Über diese Forschung zu neurologischen Entwicklungsnachrichten

Autor: Robert Miriam
Quelle: Pasteur-Institut
Kommunikation: Robert Miriam – Institut Pasteur
Bild: Das Bild wird der Diego Cordero/Membrane Movement and Disease Unit, Institut Pasteur, zugeschrieben

Ursprüngliche Suche: offener Zugang.
„Eine 3D-Rekonstruktion der Keimschicht des Kleinhirns zeigt Tunnelverbindungen zwischen sich entwickelnden KörnerzellenGeschrieben von Chiara Zurzolo et al. Wissenschaft schreitet voran

eine Zusammenfassung

Eine 3D-Rekonstruktion der Keimschicht des Kleinhirns zeigt Tunnelverbindungen zwischen sich entwickelnden Körnerzellen

Die Schwierigkeit, hochauflösende In-vivo-Beweise der Proliferations- und Migrationsprozesse zu erhalten, die in neuronalen Keimregionen stattfinden, hat unser Verständnis der Mechanismen der Neuroentwicklung eingeschränkt.

Hier verwendeten wir einen Leitfähigkeitsansatz unter Verwendung eines hochauflösenden Elektronenmikroskopvolumens und eines Serienschnitts, um die laminare Zellarchitektur der transienten äußeren Körnerschicht (EGL) des sich entwickelnden Kleinhirns zu untersuchen, in der Körnerzellen eine Reihe von mitotischen und migratorischen Ereignissen orchestrieren .

Durch die Einbeziehung von Bildsegmentierung, 3D-Rekonstruktion und Deep-Learning-Methoden haben wir anatomisch komplexe interzelluläre Verbindungen gefunden und charakterisiert, die Paare von Körnerzellen des Kleinhirns in der gesamten EGL verbinden.

Verbundene Zellen waren entweder mitotisch, wandernd oder im Übergang zwischen diesen beiden Zellstadien und zeigten ein chronologisches Kontinuum von proliferativen und wandernden Ereignissen, die zuvor in vivo bei dieser Auflösung nicht beobachtet wurden.

Diese beispiellose ultrastrukturelle Charakterisierung wirft faszinierende Hypothesen über die interzelluläre Kommunikation zwischen sich entwickelnden Vorläufern und ihre mögliche Rolle bei der Entwicklung des zentralen Nervensystems auf.