Работа, опубликованная в журнале Cell, посвящена регулированию «пластичности нейронов» — изменениям в структуре нейронов — и ее функции в головном мозге.
«Нейрональная пластичность лежит в основе обучения и памяти, но очень сложно связать изменения в конкретных нейронах с изменениями в поведении животных», — объясняет Джастин Блау, старший автор статьи и профессор кафедры биологии Нью-Йоркского университета и Нью-Йоркского университета в Абу-Даби. «В ходе нашего исследования мы обнаружили, как пластичность очень небольшого количества нейронов помогает управлять биологическими часами и помогает переходу к разным сезонам."
Другими авторами статьи были Афродити Петсаку, недавний аспирант биологического факультета Нью-Йоркского университета, и Фемистоклис Сапсис, доцент Массачусетского технологического института.
В своем исследовании исследователи сосредоточились на основных нейронах часов s-LNv у плодовых мушек Drosophila, которые обычно используются для исследования циркадных ритмов — более ранние исследования «часовых генов» у плодовых мушек привели к идентификации аналогичным образом функционирующих генов. в людях.
В частности, их работа сосредоточена на концах / концах аксонов этих нейронов, где они выпускают свои сигналы.
Предыдущие исследования установили, что эти концы меняют свою структуру в 24-часовом ритме, но было неясно, какую функцию эти изменения выполняли.
В исследовании Cell ученые количественно оценили ежедневные изменения в концах аксона s-LNv и обнаружили, что они растут и оттягиваются каждые 24 часа. Они также идентифицировали белок, который управляет этими ритмами пластичности нейронов: Rho1.
Более того, они обнаружили, что пластичность s-LNv необходима как для поддержания циркадных ритмов (биологические часы), так и для сезонной адаптации этих ритмов. В частности, если s-LNv не могут втягиваться, то мухи зимой ведут себя нормально, но не могут предсказать ранний рассвет долгих летних дней. И наоборот, если s-LNv остаются в втянутом состоянии, то мухи ведут себя так, как если бы они были летом, как в короткие, так и в длинные дни.
Они также обнаружили ритмы в белках на концах аксонов s-LNv.
На рассвете s-LNv имеют высокий уровень белков, участвующих в передаче сигналов, и низкий уровень белков, которые позволяют им принимать сигналы. Обратное верно в сумерках.
Этот необычный тип нейрональной пластичности предполагает, что функция s-LNv резко меняется в течение дня: от передачи сигналов на рассвете до получения сигналов в сумерках.
Результаты могут также пролить новый свет на болезнь человека, спиноцеребеллярную атаксию — нейродегенеративное заболевание, которое влияет на координацию и движения. Группа Блау обнаружила, что ежедневные изменения активности Rho1 контролируются ритмами транскрипции гена, очень похожего на пуратрофин-1 человека.
«Поскольку некоторые формы спиноцеребеллярной атаксии связаны с мутациями пуратрофина-1 человека, наши данные подтверждают идею о том, что дефектная нейрональная пластичность лежит в основе потери моторного контроля и приводит к нейродегенерации», — отмечает Блау.