Neurony v mozku tvoří komplexní síť – desítky miliard nervových buněk se navzájem propojují a komunikují mezi sebou, a jen díky tomu může naše tělo fungovat a my se můžeme pohybovat a myslet. Nicméně až doposud bylo známo jen velmi málo ohledně toho, jakými způsoby se jednotlivé neurony propojují. Nyní však vědci rozluštili některé biologické mechanismy, které jsou základem větveného růstu neuronů a své poznatky publikovali v odborném časopisu Science Advances.

„Neurony jsou vysoce rozvětvené buňky a jsou takové, protože každý jeden neuron vytváří spojení s tisíci dalších neuronů,“ popisuje Joe Howard, profesor na americké Yale University, který výzkum vedl. „A právě procesem větvení se náš tým zabývá – zajímá nás, mimo jiné, jak se jednotlivé větve tvoří a jak dále rostou. To je to, co je základem fungování nervového systému.“

Doposud vědci odhalili množství různých molekul, které hrají zásadní roli při tvarování a udržování morfologie větvených částí nervových buněk. Nicméně základní principy, kterými molekulární interakce generují větvení, zůstávaly nepochopeny.

V rámci aktuální studie vědci označili neurony drosofil (ovocné mušky, běžný modelový organismus) zeleným fluorescenčním proteinem GFP, aby vizualizovali, jak tyto buňky rostou. Experiment byl prováděn u mušek od larválního stádia až do dospělosti. Protože jsou neurony viditelné i pod nejhlubšími vrstvami larev, výzkumníci mohli vytvořit časosběrné filmy neuronů rostoucích v reálném čase, a jak již bylo řečeno, v různých fázích vývoje.

(A) Živé larvy drosophily zobrazené pomocí fluorescenčního konfokálního mikroskopu s rotujícím diskem ve 24. až 120. hodiny života (čas nula definován snáškou vajíček). Neurony jsou vizualizovány pomocí zeleného fluorescenčního proteinu GFP fúzovaného s transmembránovým proteinem CD4. (B) Detailní pohled na jednotlivou buňku. Zdroj: DOI: 10.1126/sciadv.abn0080 

Neurony mají dva druhy výběžků, které z jejich buněčných těl vystupují – mnohačetné dendrity které slouží k přijímání signálů od ostatních buněk, a axon, jedno dlouhé silné vlákno, které se na konci větví a které naopak vysílá signály směrem k ostatním buňkám.

Výzkumníci zjistili, že senzorické neurony začínaly se dvěma nebo třemi dendrity, ale během pouhých přibližně pěti dnů se vytvořily tisíce větví připomínajících obří stromy. Růst dendritů se výrazně lišil mezi jednotlivými buňkami, a zároveň byly pozorovány stavy růstu, smršťování a pauzy v růstu.

„Před naší studií existovala teorie, že neurony se mohou roztahovat a splaskávat podobně jako balónek,“ říká první autor studie Sonal Shree. „My jsme však zjistili, že to není pravda, nenafukují se jako balón, ale spíše se větví a rostou jen jejich špičky.“

„Zjistili jsme, že můžeme zcela vysvětlit neuronální růst a celkovou morfologii pouze tím, co dělají špičky buněk,“ dodává spoluautor studie Sabyasachi Sutradhar.

„To znamená, že pokud se nyní zaměříme na špičky a dokážeme pochopit, jak fungují, pak můžeme pochopit, jak vzniká kompletní tvar nervové buňky,“ poznamenává Howard.

Vědci doufají, že jejich studie poskytne vhled také do toho, jak větvení neuronů probíhá v tkáních nebo i mozcích jiných živých systémů. Pochopení mechanismů stojících za větveným růstem neuronů může přispět například k vývoji léčiv, která by zvrátila narušenou morfologii dendritů, která je spojena s mnoha neuronálními poruchami.

Originální publikace: Science Advances (impact factor: 14,1)

Zdroj: Labroots, Yale school of medicine

Zdroj titulního obrázku: Dr. Curtis Cripe, flickr

Více článků o mozku na CZECHSIGHT:

Teplota mozku je vyšší, než se myslelo – nová neinvazivní metoda ukazuje dosud nepoznané
Detailní 4D teplotní mapa mozku ukázala, že mozek je teplejší, než se dosud předpokládalo. Jeho teplota navíc závisí na mnoha faktorech. Nově publikovaný výzkum významně přispěl k pochopení fungování mozku a toho, jak jeho teplota souvisí s přežitím pacientů s traumatickým poraněním mozku.
Mozek chobotnic se podobá lidskému. Možná proto jsou tak inteligentní
Vědci léta pozorují, že jsou chobotnice chytřejší než většina bezobratlých. Nová studie popisuje, proč by tomu tak mohlo být. Hlavní roli hrají specifické elementy, které se nachází i v lidském mozku.