Molekularer Mechanismus der Bildung von neuronalen Verschaltungen aufgeklärt
Fulltext
http://www.plosbiology.org/article/info:doi/10.1371/journal.pbio.1001020
Abstract
The initiation, execution, and completion of complex locomotor behaviors are depending on precisely integrated neural circuitries consisting of motor pathways that activate muscles in the extremities and sensory afferents that deliver feedback to motoneurons. These projections form in tight temporal and spatial vicinities during development, yet the molecular mechanisms and cues coordinating these processes are not well understood. Using cell-type specific ablation of the axon guidance receptor Neuropilin-1 (Npn-1) in spinal motoneurons or in sensory neurons in the dorsal root ganglia (DRG), we have explored the contribution of this signaling pathway to correct innervation of the limb. We show that Npn-1 controls the fasciculation of both projections and mediates inter-axonal communication. Removal of Npn-1 from sensory neurons results in defasciculation of sensory axons and, surprisingly, also of motor axons. In addition, the tight coupling between these two heterotypic axonal populations is lifted with sensory fibers now leading the spinal nerve projection. These findings are corroborated by partial genetic elimination of sensory neurons, which causes defasciculation of motor projections to the limb. Deletion of Npn-1 from motoneurons leads to severe defasciculation of motor axons in the distal limb and dorsal-ventral pathfinding errors, while outgrowth and fasciculation of sensory trajectories into the limb remain unaffected. Genetic elimination of motoneurons, however, revealed that sensory axons need only minimal scaffolding by motor axons to establish their projections in the distal limb. Thus, motor and sensory axons are mutually dependent on each other for the generation of their trajectories and interact in part through Npn-1-mediated fasciculation before and within the plexus region of the limbs.
Neuherberg, 23.02.2011. Wissenschaftler am Helmholtz Zentrum München haben herausgefunden, wie sensorische und motorische Fasern* bei der Nervenbildung der Gliedmaßen interagieren: beide Typen von Nervenfasern können diesen Prozess anführen. Damit leisten die Forscher einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der Entstehung neuronaler Netzwerke während der Embryonalentwicklung und finden einen neuen Erklärungsansatz für neurodegenerative Störungen (PLoS Biology, Februar 2011).
Bei der Nervenbildung in den Gliedmaßen wirken während der Embryonalentwicklung sensorische und motorische Nervenfasern zusammen. Das Team um Dr. Andrea Huber Brösamle vom Institut für Entwicklungsgenetik des Helmholtz Zentrums München hat nun herausgefunden, wie diese Zusammenarbeit auf molekularer Ebene funktioniert: der Oberflächenrezeptor Neuropilin-1 ist sowohl in motorischen und sensorischen Nervenfasern vorhanden und kontrolliert deren Interaktion zum richtig gesteuerten Wachstum.
"Wir konnten beobachten, dass sowohl motorische als auch sensorische Fasern die Führung übernehmen können, wenn es darum geht, die Spinalnerven von Armen und Beinen zu bilden", so die Erstautorinnen der Studie, Rosa-Eva Hüttl und Heidi Söllner, Doktorandinnen in der Gruppe von Huber Brösamle. Diese Erkenntnis hat die Forscherinnen insofern überrascht, als bisher angenommen wurde, dass motorische Nerven stets den korrekten Weg festlegen. Zugleich schaffen sie ein Modell, um strukturelle Anpassungen nach Traumata und bei neurodegenerativen Erkrankungen des Menschen verstehen zu können: "Herauszufinden, inwieweit Neuropilin-1 auch die Nervenfaserbildung im Gehirn beeinflusst, ist unser nächstes Ziel", so Huber Brösamle.
Weitere Informationen
*Hintergrund
Nervenstränge haben unter anderem motorische und sensorische Fasern. Die sensorischen Fasern übertragen Signale über körperliche Empfindungen (z. B. Schmerz), während motorische Fasern die Kontraktion und Bewegung der Muskeln steuern.
Bildunterschrift:
Immunhistochemische Färbung von motorischen (in grün) und sensorischen Nervenfasern (in rot) wie sie ins Füßchen des Mausembryos einwachsen. Wildtyp (a) und nachdem Neuropilin 1 in den sensorischen Nervenzellen eliminiert wurde (b). Deutlich zu sehen: die Fasern erreichen das Füßchen nicht mehr in gebündeltem Zustand, zudem haben die sensorischen die motorischen Fasern überholt (Pfeile).
