Para peneliti memvisualisasikan konsekuensi kompleks dari sistem saraf

Ringkasan: Studi ini mengungkapkan mekanisme molekuler yang memungkinkan jaringan saraf tumbuh dan bercabang.

sumber: Yale

Sistem saraf kita terdiri dari miliaran neuron yang berbicara satu sama lain melalui akson dan dendrit. Saat otak manusia berkembang, struktur-struktur ini bercabang dengan cara yang sangat kompleks tetapi kurang dipahami yang memungkinkan neuron untuk membentuk koneksi dan mengirim pesan ke seluruh tubuh. Dan sekarang, para peneliti Yale telah menemukan mekanisme molekuler di balik pertumbuhan sistem yang kompleks ini.

Temuan mereka dipublikasikan di kemajuan ilmu pengetahuan.

“Neuron adalah sel yang sangat bercabang, dan itu karena setiap neuron terhubung ke ribuan neuron lain,” kata Joe Howard, Ph.D., Profesor Eugene Higgins dari Biofisika dan Biokimia Molekuler dan Profesor Fisika, dan Peneliti Senior. Peneliti studi.

“Kami sedang mengerjakan proses percabangan ini – bagaimana cabang terbentuk dan tumbuh? Inilah yang ada di balik seluruh cara kerja sistem saraf.”

Tim mempelajari pertumbuhan neuron pada lalat buah saat mereka matang dari embrio hingga larva. Untuk memvisualisasikan proses ini, mereka menandai neuron dengan penanda fluoresen dan mencitrakannya pada mikroskop cakram yang berputar. Karena sel saraf terletak tepat di bawah kulit [outermost layer]Para peneliti dapat memantau proses ini secara real time dalam larva hidup.

Setelah mencitrakan neuron pada berbagai tahap perkembangan, tim mampu membuat film pertumbuhan selang waktu.

Pada tahap awal perkembangan, neuron sensorik dimulai dengan hanya satu atau tiga dendrit. Tetapi dalam waktu kurang dari lima hari, mereka telah berkembang menjadi struktur seperti pohon besar dengan ribuan cabang.

Analisis tip dendritik mengungkapkan pertumbuhan dinamis dan stokastik (dipilih secara acak), yang berfluktuasi antara status pertumbuhan, kontraksi, dan jeda.

“Sebelum penelitian kami, ada teori bahwa neuron mungkin mengembang dan berkontraksi seperti balon,” kata Sonal Shree, PhD, ilmuwan riset dan penulis utama studi tersebut. “Dan kami menemukan bahwa tidak, mereka tidak mengembang seperti balon, melainkan tumbuh dan bercabang.”

“Kami menemukan bahwa kami dapat menjelaskan pertumbuhan saraf dan morfologi keseluruhan dengan cukup baik dalam hal apa yang dilakukan terminal sel,” kata Sabyasachi Sutradhar, PhD, ilmuwan penelitian dan penulis utama studi tersebut.

“Ini berarti bahwa kita sekarang dapat fokus pada tip, karena jika kita dapat memahami cara kerjanya, maka kita dapat memahami bagaimana keseluruhan bentuk sel terlihat,” kata Howard.

Ada seluruh bidang percabangan dalam biologi, dari vena dan arteri sistem peredaran darah hingga bronkiolus paru-paru. Laboratorium Howard berharap bahwa pemahaman yang lebih baik tentang percabangan pada tingkat sel juga akan menjelaskan proses ini pada tingkat molekuler dan jaringan.

Tentang penelitian ini di Neuroscience News

pengarang: Isabella Bachmann
sumber: Yale
Kontak: Isabella Bachmann – Yale
gambar: Foto dikreditkan ke Howard Lab

pencarian asli: akses terbuka.
“Ketidakstabilan dinamis ujung dendrit menghasilkan bentuk neuron sensorik yang sangat bercabangOleh Sonal Shri dkk. kemajuan ilmu pengetahuan

Lihat juga

Ringkasan

Ketidakstabilan dinamis ujung dendrit menghasilkan bentuk neuron sensorik yang sangat bercabang

Arbor dendrit saraf yang sangat kompleks menyediakan substrat untuk konektivitas dan daya komputasi otak yang lebih tinggi. Perubahan morfologi dendritik dikaitkan dengan penyakit neurodegeneratif.

Beberapa molekul telah terbukti memainkan peran penting dalam membentuk dan mempertahankan morfologi dendrit. Namun, prinsip dasar bagaimana interaksi molekul menghasilkan bentuk bercabang kurang dipahami.

Untuk mengilustrasikan prinsip-prinsip ini, kami memvisualisasikan pertumbuhan dendrit selama perkembangan larva lalat buah neuron sensorik dan menemukan bahwa ujung dendrit mengalami ketidakstabilan dinamis, dengan cepat dan acak beralih antara pertumbuhan, kontraksi, dan jeda.

Dengan menggabungkan dinamika terukur ini ke dalam model berbasis proxy komputasi, kami telah menunjukkan bahwa morfologi yang sangat kompleks dan bervariasi dari sel-sel ini adalah konsekuensi dari dinamika stokastik dari ujung dendrit mereka.

Prinsip-prinsip ini dapat digeneralisasi untuk percabangan jenis neuron lain, serta percabangan pada tingkat sel dan jaringan.