In einem Mausmodell der verschlungenen Weg der Alzheimer -verknüpften Gehirnzellen kartiert hat

Durch die Untersuchung von Mäusen haben Wissenschaftler an der Johns Hopkins University in Plotten der labyrinthischen Pfaden der einige der größten Nervenzellen im Gehirn von Säugetieren gelungen : cholinergen Neuronen , um die ersten Zellen in Menschen mit degenerieren Alzheimer-Krankheit .

"Für uns war dies wie Skalierung Mount Everest ", sagt Jeremy Nathans , Ph.D., Professor für Molekularbiologie und Genetik , Neurowissenschaften Und der Augenheilkunde an der Johns Hopkins University School of Medicine. "Diese Arbeit zeigt die erstaunliche Herausforderungen, die cholinergen Neuronen täglich konfrontiert sind . Jede dieser Zellen ist wie eine Stadt, um seinen Vororten von einer einzigen , einspurige Straße verbunden , mit all der Rettungsdienste nur in der Stadt. Sie können sich vorstellen wie schwer es wäre in einer Krise , wenn alle Einsatzfahrzeuge mussten in die Vororte entlang dieser eine Straße zu bekommen. Wir denken, so etwas wie dies passiert sein könnte , wenn cholinergen Neuronen versuchen, die Schäden, die durch die Alzheimer-Krankheit zu reparieren . "

Jedes cholinergen Neuron , Nathans erklärt , hat rund 1.000 Verzweigungspunkte . Stornierungen, die bis Ende zu Ende gezeichnet, würde Zweige eines Neurons auf etwa 15-mal der Länge des Maushirn addieren. Der Zellkörper - - , die für die Bedürfnisse der Branchen bietet aber alle Niederlassungen von einem einzigen , extrem dünne "Pipeline" mit einem Hub verbunden. Die Herausforderung des bewegten Materials durch diese einzige Pipeline könnte es sehr schwierig für cholinergen Neuronen die Herausforderungen, die mit einer Störung , wie Alzheimer-Krankheit kommt bei der Bekämpfung zu machen, sagt er. Nun , durch die Abbildung der Zweige und Rohrleitungen, Wissenschaftler wird wahrscheinlich eine bessere Update auf , was passiert, wenn die Neuronen versagen , um den Herausforderungen gerecht zu werden.


Dies zeigt die Pfade (rot) durch einen einzigen cholinergen Neurons , wie es Zweige durch einen dünnen Abschnitt des Vorderhirns einer Maus gemacht.
Credit: eLife

Eine Zusammenfassung der Studie wurde online in der Zeitschrift eLife veröffentlicht .

Cholinergen Neuronen zu den größten Neuronen im Säugetiergehirn . Für ihre Freilassung eines chemischen Botenstoff namens Acetylcholin genannt , zählen sie nur in die Tausende in Mäusegehirnen , einen winzigen Bruchteil der 50 bis 100 Millionen Gesamt Neuronen. Deren Zellkörper sind an der Basis des Gehirns in der Nähe von seinem vorderen Ende befindet , aber ihre Filialen in der Großhirnrinde , die äußerste , faltige Schicht der " grauen Zellen " , die für die am weitesten fortgeschrittenen intellektuellen Funktionen des Geistes verantwortlich ist, zu verlängern. Daher wird, obwohl es relativ wenige cholinergen Neuronen , einen sehr großen Teil des Gehirns beeinflussen sie sagt Nathans .


Dies zeigt die cholinergen Neuronen einer gesunden Maus bei 12 Monaten (links ) im Vergleich zu einer Maus mit " Alzheimer- Krankheit" von 7 Monaten (rechts). Die erkrankten Nervenzellen sind zersplittert und zeigen Klumpen von was Zelltrümmer werden .
Credit: eLife

Aufgrund der technischen Herausforderung, die Visualisierung der komplizierten Wege der Hunderte von winzigen Zweige von einem einzigen Neuron innerhalb Millionen von anderen Nervenzellen , die tatsächliche Größe und Form der einzelnen cholinergen Neuronen verheddert - und das Gebiet decken sie - war bis jetzt unbekannt , sagt Nathans . Mit Hilfe gentechnischer Methoden , programmiert die Nathans Team mehrere cholinergen Neuronen per Maus, um ein Protein, das mit einem farbigen chemischen Reaktion gesehen werden könnte. Entscheidend für den Erfolg der Arbeiten war die Fähigkeit, die Anzahl der Zellen, die das Protein zu begrenzen - wenn alle der cholinergen Neuronen , die das Protein , wäre es nicht möglich gewesen, einzelne Zweige unterscheiden.

Da Mikroskope nicht durch dicke Gewebe sehen Nathans und sein Team erhalten Sie die Maus Gehirn und dann in dünne Scheiben geschnitten , um sie Serienbilder zu erzeugen . Das Verzweigungspfadjedes Neurons wurde dann sorgfältig von den Serienbildern rekonstruiert und analysiert. Bei erwachsenen Mäusen , sagt er, die durchschnittliche Länge der Zweige eines einzelnen cholinergen Neuron , aufgereiht Ende zu Ende ist 31 cm (12 Zoll) , variierend von 11 bis 49 cm (4 bis 19 Zoll ) . Die durchschnittliche Länge einer Mausgehirn ist nur 2 cm - etwas weniger als einem Zoll . Obwohl jeder cholinergen Neurons im Durchschnitt 1.000 Verzweigungspunkte enthält etwa , erheblich variieren sie in den Umfang des Gebiets , die sie abdecken.


Dies zeigt tatsächlich und vergrößerten Abmessungen eines menschlichen cholinergen Neurons. (Top ) Gesamtlänge der Neuron Zweige , wenn platziert Ende zu Ende ; (Mitte) Länge der zentralen "Pipeline" verbindet die Zweige in die Zelle Nabe ( soma , unten) .
Credit: eLife

Die Forscher verwendeten die gleichen Techniken , die cholinergen Neuronen von Mäusen mit einem Nagetier Form der Alzheimer -Krankheit zu untersuchen und festgestellt, dass die Zweige waren fragmentiert. Sie fanden auch Klumpen von Material, das Schmutz aus den zerfallenden Niederlassungen gewesen sein kann .

Obwohl die cholinergen Neuronen des menschlichen Gehirnen wurden nicht einzeln verfolgt , war Nathans ' Team in der Lage zu berechnen, dass die durchschnittliche cholinergen Neuronen im menschlichen Gehirn hat eine GesamtlängeNiederlassung von etwa 100 Metern , ein bisschen länger als ein Fußballfeld. "Das ist eine wirklich lange Rohrleitung , vor allem wenn man bedenkt, dass die Rohre haben Durchmesser von nur 30 Tausendstel Millimeter , weit enger als ein menschliches Haar ", sagt Nathans .

Er fügt hinzu: "Obwohl unsere Studie nur definiert ein paar einfache , physikalische Eigenschaften dieser Neuronen , wie Größe und Form , es hat uns ausgestattet, um zu bilden und Test bessere Hypothesen über das, was während der Krankheit schief geht mit ihnen. "