Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 448
Текст из файла (страница 448)
Как она образуется? В принципе, конусы роста могли бы физически направляться к разным конечным пунктам вследствие их разных стартовых положений, подобно водителям на шоссе с многорядным движением, где запрещено перестраиваться на соседние полосы. Такая возможность проверена в контексте зрительной системы в ходе известного эксперимента, проведенного в 1940 е и . Если зрительный нерв лягушки перерезать, то он восстановится.
Аксоны ганглионарных клеток сетчатки отрастают назад к зрительному бугру. возвращая лягушке нормальное зрение. Если, кроме того, наряду с перерезанием нерва, глаз поворачивают в глазнице, так что изначально нижние клетки сетчатки становятся верхними, то зрение опять восстанавливается, но отличается весьма неудобным " фзРт Я'губа ррв~ ' )' Рис.
22.105. Карта поверхности тела, отображенная в коре головного мозга человеиа. Через упорядоченную систему связей между нервными клетками поверхность тела отображается на соматосенсорную область коры головного мозга, так что сенсорная информация от соседних участков тела передается на соседние же участки в мозге. это означает, что нарисованная в мозгу карта в значительной степени отвечает топологии поверхности тела, даже притом, что различные области тела нанесены на нее в разном масштабе (в зависимости от плотности их иннервации). Например, этот гомункул )кчеловечек» в мозгу) имеет большие губы, потому что наши губы — особенно большой и важный источник сенсорной информации.
Такая карта была составлена путем стимуляции разных точек в коре головного мозга у находящихся в сознании пациентов во время операции на мозге и записи их ответов относительно того, что именно они чувствуют. )Данная карта построена на основе книги УУ. Репбе!6 ап6 Т, ааитшззеп, Тпе Сегеьга! Согтех о) Мап. Нею Уоггг: Масгп!))ап, 1950.) 2130 Часть 3. Клетки в контексте их совокупности изъяном: животное ведет себя так, словно оно видит мир вверх тормашками и перевернутым справа налево. Это связано с тем, что поставленные не на свое место клетки сетчатки образуют соединения в соответствии со своими исходными, а не экспериментальными положениями. Кажется, что клетки обладают позиционными значениями — специфическими к конкретным положениям биохимическими особенностями, которые служат знаками для записи их первоначального местоположения.
В результате клетки на противоположных сторонах сетчатки внутренне различны — точно так же, как двигательные нейроны спинного мозга, которые пускают отростки к разным мышцам, внутренне отличаются друг от друга. Такая неэквивалентность среди нейронов носит название специфичность нейронов. Именно эта внутренняя характеристика и направляет аксоны из сетчатки к соответсвующим им нейронам-мишеням в зрительном бугре. Сами же нейроны-мишени различаются аксонами ганглионарных клеток потому, что клетки зрительного бугра также несут позиционные метки, Таким обра:юм, нейронная карта зависит от соответствия между двумя системами позиционных маркеров; одной — в сетчатке глаза и другой — в зрительном бугре.
22.8.8. Аксоны, идущие от разных областей сетчатки, ло-разному реагируют на градиент концентрации отталкивающих молекул в зрительном бугре Аксоны от околоносовой части сетчатки (на стороне, ближайшей к носу) растут к задней области зрительного бугра, аксоны от височной области сетчатки (на стороне, наиболее удаленной от носа) растут к передней области зрительного бугра, аксоны от промежуточных областей сетчатки отрастают к промежуточным областям зрительного бугра.
Когда в чашке для культивирования околоносовым и височным аксонам позволяют прорастать через мембрану передней или задней областей зрительного бугра, они также показывают избирательность (рис. 22.106). Височные аксоны решительно предпочитают передние мембраны зрительного бугра (как и (п о(оо), тогда как околоносовые аксоны (в зависимости от вида животного) или предпочитают задние мембраны зрительного бугра, или не показывают никакого предпочтения. Ключевое различие между передней и задней областями зрительного бугра, кажется, состоит в отталкивающем факторе на задней мембране зрительного бугра, к которому височные сетчаточные аксоны чувствительны, а носовые сетчаточные аксоны — нет: если височный сетчаточный конус роста прикасается к задней мембране зрительного бугра, то он поджимает свои филоподии и отходит назад.
В ходе проводимых (п гпуго опытов, основанных на этих явлениях, были выявлены некоторые из отвечающих за этот процесс молекул. Отталкивающий фактор на задней мембране зрительного бугра, кажется, частично или полностью состоит из белков ерйггпА — подгруппы семейства сопряженных с ОР1 белков, которые служат лигандами представителей семейства рецепторных тирозинкиназ ЕрйА. У мыши экспрессируются два разных эфрина, которые образуют передне-задний градиент по клеткам зрительного бугра.
Передние клетки вырабатывают мало эфрина или вообще нисколько, клетки в центре зрительного бугра экспрессируют эфрин А2, а клетки по заднему краю зрительного бугра экспрессируют эфрин А2 и эфрин А5. Таким образом, существует градиент экспрессии эфринов вдоль зрительного бугра. Тем временем входящие в него аксоны экспрессируют рецепторы ЕрЬ, причем тоже по градиенту; височные аксоны экспрессируют рецепторы Ерп на высоком уровне, 2Л;Ж РаЗВИТТГ)Е НЕрВНрйз СИС)ВВ)й.
23М а) височная область сетчатки окопаносовая область сетчатки нейроны иэ висснной области сетчатки нейроны иэ окопоносовой области сетчатки Рис. 12.106. Избирательность аксонов сематки, прорастающих сквозь мембрану зрительного бугра. а) Фотография экспериментальною наблюдения. б) Схема происходящего. Культуральный субстрат покрыт чередующимися полосами мембран, приготовленных из задней (Р) и из передней областей зрительного бугра (А).
На фотографии полосы из передней области зрительного бугра проявлены за счет их окраски флуоресцентным маркером по вертикальным полоскам, размеще иным по сторонам картинки. Аксоны нейронов из височной половины сетчатки (растущие к середине с левой стороны) следуют по полосам передней мембраны зрительного бугра, но избегают задней мембраны зрительного бугра, тогда как аксоны нейронов из носовой половины сетчатки (растущие к середине с правой стороны) поступают наоборот. Таким образом, передняя область зрительного бугра отличается от задней его области и носовая область сетчатки -от височной ее области, и эти различия обуславливают избирательное отрастан не аксонов. Эти эксперименты проведены над клетками зародыша курицы.
(Изображения заимствованы из У. чоп Вохьегй, 5. ое(м апб О. 5сьшагт, ЛГеигоп 10: 345-357, 1993. С любезного разрешения издательства Евечгег.) что делает их чувствительными к отталкиванию белком ерЬппА, тогда как носовые аксоны экспрессируют рецепторы ЕрЬ на низком уровне. Подобным же образом, по другой главной оси бугра, от срединной области к боковой, происходит распределенная градиентом экспрессия белка ерЬппВ, а также сигнальной молекулы другого типа, чт'п13, и соответствующая градиентная экспрессия рецепторов ЕрЬВ и рецепторов сигнала Ъ'111 по дорсально вентральной оси сетчатки глаза.
Данной системы сигналов и рецепторов будет достаточно, чтобы создать упорядоченную двумерную карту, если мы сделаем одно дальнейшее допущение, подтверждаемое экспериментами тп отсо о том, что аксоны сетчатки как то взаимодействуют друг с другом и конкурируют за территорию зрительного бугра.
Так, височные аксоны ограничиваются передней областью зрительного бугра и отводят от нее околоносовые аксоны; околоносовые аксоны, со своей стороны, Р А Р А Р А Р А Р А Р А Р А Р 2132 Часть 5. Клетки в контексте их совокупности ограничиваются задней областью зрительного бугра. В конце концов между этими крайностями устанавливается равновесие, что позволяет противоборствующим сторонам найти компромисс — плавное отображение височно-носовой оси сетчатки на передне-заднюю ось зрительного бугра. ??.8.9. Диффузная конфигурация синаптических связей приобретает более резкие очертания за счет перестройки синапсов У нормального животного ретино-тектальная карта первоначально расплывчата и неточна: система взаимно соответствуюгцих маркеров, которую мы только что описали, достаточна для того, чтобы в общих чертах наметить контуры такой карты, но не достаточна, чтобы обозначить отдельные ее мелкие детали. Исследования на лягушках и рыбах показывают, что каждый сетчаточный аксон вначале широко ветвится в зрительном бугре и устанавливает обилие синапсов, распределенных по обширной территории зрительного бугра, которая перекрывается с зоной инервации других аксонов.
Впоследствии эти территории урезаются путем избирательного удаления синапсов и отвода аксоновых ветвей. Это сопровождается формированием новых ответвлений, через которые каждый аксон развивает более плотную сеть синапсов на территории, которую он сохраняет за собой. Подобная перепланировка и уточнение карты опираются на два ключевых правила соревнования, которые вместе способствуют наведению полного пространственного порядка: 1) аксоны из разных и отдаленных друг от друга областей сетчатки, которые, как правило, возбуждаются в разное время, конкурируют за господство над свободной территорией зрительного бугра; 2) аксоны из соседних участков сетчатки, которые ввиду этого возбуждаются в одно и то же время, иннервируют соседние территории зрительного бугра, потому как они сотрудничают в деле сохранения и укрепления своих синапсов на обобществленных клетках зрительного бугра (рис.
22.107). Механизм, лежащий в основе этих двух правил, зависит от электрической активности и плотности потока сигналов в тех синапсах, которые уже сформированы. Если все биоэлектрические потенциалы блокированы неким токсином, который связывается с управляемыми напряжением каналами 1Ча', то перестройка синапсов тормозится и карта остается нечеткой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
