توجيه المحاور العصبية

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

توجيه المحاور العصبية (أو ما يُسمى أيضًا بتحديد مسار المحاور ) هو فرع من فروع التطور العصبي، يُعنى بالعملية التي تُرسل بها الخلايا العصبية محاورها للوصول إلى أهدافها الصحيحة. غالبًا ما تتبع المحاور مسارات دقيقة للغاية في الجهاز العصبي، وكيفية تمكنها من تحديد مسارها بهذه الدقة مجال بحث مستمر.

يبدأ نمو المحور العصبي من منطقة تُسمى مخروط النمو ، ويصل إلى هدفه باستخدام عدد قليل نسبيًا من جزيئات التوجيه. وتستجيب مستقبلات مخروط النمو لإشارات التوجيه.

الآليات

تحتوي المحاور العصبية النامية على بنية متحركة للغاية في طرفها النامي تُسمى مخروط النمو ، والذي يستجيب لإشارات من البيئة خارج الخلوية تُوجه المحور في اتجاه نموه. هذه الإشارات، التي تُسمى إشارات التوجيه، قد تكون ثابتة في مكانها أو قابلة للانتشار؛ ويمكنها جذب المحاور أو صدها. تحتوي مخاريط النمو على مستقبلات تتعرف على إشارات التوجيه هذه وتُفسر الإشارة إلى استجابة كيميائية . الإطار النظري العام هو أنه عندما "يستشعر" مخروط النمو إشارة توجيه، تُفعّل المستقبلات جزيئات إشارة مختلفة في مخروط النمو، والتي تؤثر في النهاية على الهيكل الخلوي . إذا استشعر مخروط النمو تدرجًا في إشارة التوجيه، فإن الإشارة داخل الخلية في مخروط النمو تحدث بشكل غير متماثل، بحيث تحدث تغيرات في الهيكل الخلوي بشكل غير متماثل، وينعطف مخروط النمو نحو إشارة التوجيه أو بعيدًا عنها. [ 1 ]

أدى الجمع بين الأساليب الجينية والكيميائية الحيوية (انظر أدناه) إلى اكتشاف العديد من الفئات المهمة من جزيئات توجيه المحاور ومستقبلاتها: [ 2 ]

  • النيترينات : النيترينات هي جزيئات مُفرزة يمكنها أن تعمل على جذب أو صد المحاور العصبية عن طريق الارتباط بمستقبلاتها، DCC و UNC-5 .
  • الشقوق : بروتينات مُفرزة تعمل عادةً على صد مخاريط النمو عن طريق ربط مستقبلات من فئة Robo (Roundabout) في مركبات إشارات الخلية Slit-Robo .
  • الإيفرينات : هي جزيئات سطحية تُفعّل مستقبلات إيف على سطح خلايا أخرى. قد يكون هذا التفاعل جاذبًا أو دافعًا. في بعض الحالات، تعمل الإيفرينات كمستقبلات بنقل إشارة إلى الخلية المُعبِّرة، بينما تعمل مستقبلات إيف كروابط. يُطلق على نقل الإشارة إلى كلٍّ من الخلايا الحاملة للإيفرين والخلايا الحاملة لمستقبلات إيف اسم "الإشارة ثنائية الاتجاه".
  • السيموفورينات : الأنواع العديدة من السيموفورينات هي في الأساس مواد طاردة للمحاور العصبية، وتنشط مركبات مستقبلات سطح الخلية التي تسمى البلكسينات والنيوروبيلينات .
  • جزيئات الالتصاق الخلوي (CAMs) : بروتينات غشائية متكاملة تتوسط الالتصاق بين المحاور العصبية النامية وتُحفز الإشارات الخلوية داخل مخروط النمو. تُعد جزيئات الالتصاق الخلوي الفئة الرئيسية من البروتينات التي تتوسط التوجيه الصحيح للمحاور العصبية النامية على بعضها البعض (التجميع). يوجد نوعان فرعيان من جزيئات الالتصاق الخلوي: جزيئات الالتصاق الخلوي من عائلة الغلوبولين المناعي (IgSF-CAMs ) وجزيئات الكادهيرين (جزيئات الالتصاق الخلوي المعتمدة على الكالسيوم).

بالإضافة إلى ذلك، تستخدم مخاريط النمو العديد من الفئات الأخرى من الجزيئات خارج الخلية للتنقل بشكل صحيح:

  • المورفوجينات التطورية، مثل BMPs وWnts و Hedgehog وFGFs
  • المادة الخلوية خارج الخلية وجزيئات الالتصاق مثل اللامينين ، والتناسينات، والبروتيوغليكان، وN-CAM، وL1
  • عوامل النمو مثل NGF
  • الناقلات العصبية والمعدلات مثل GABA

دمج المعلومات في توجيه المحاور العصبية

تعتمد المحاور العصبية النامية على مجموعة متنوعة من الإشارات التوجيهية لتحديد مسار نموها. تعالج مخاريط النمو في المحاور العصبية الممتدة هذه الإشارات ضمن نظام معقد لتفسير الإشارات ودمجها، لضمان التوجيه المناسب. [ 3 ] يمكن تقسيم هذه الإشارات وظيفيًا إلى:

  • تُعدّ الإشارات اللاصقة ضروريةً لنمو المحاور العصبية، إذ تُوفّر تفاعلاً فيزيائياً مع الركيزة. ويمكن أن تظهر هذه الإشارات على الخلايا الدبقية والعصبية التي تتصل بها المحاور النامية، أو أن تكون جزءاً من المادة الخلوية خارج الخلية. ومن الأمثلة على ذلك اللامينين أو الفيبرونيكتين ، الموجودان في المادة الخلوية خارج الخلية ، والكادهيرين أو جزيئات الالتصاق الخلوي من عائلة الغلوبولين المناعي ، الموجودة على أسطح الخلايا.
  • تُعدّ الإشارات الاستوائية عوامل جذب أو طرد، وتُحدث تغييرات في حركة مخروط النمو من خلال تأثيرها على الهيكل الخلوي عبر الإشارات داخل الخلايا. فعلى سبيل المثال، يلعب النيترين دورًا في توجيه المحاور العصبية عبر الخط المتوسط، حيث يعمل كعامل جذب وطرد في آنٍ واحد، بينما يُساعد السيموفورين 3A المحاور العصبية على النمو من الظهارة الشمية لتحديد مواقع مختلفة في البصلة الشمية .
  • الإشارات التنظيمية التي تؤثر على حساسية مخاريط النمو لبعض إشارات التوجيه. على سبيل المثال، يمكن أن تجعل عوامل التغذية العصبية المحاور العصبية أقل حساسية للتأثير الطارد لـ Semaphorin3A.

نظراً لوفرة هذه الإشارات التوجيهية المختلفة، كان يُعتقد سابقاً أن مخاريط النمو تُدمج معلومات متنوعة ببساطة عن طريق جمع تدرج الإشارات، بمختلف تكافؤاتها، عند نقطة زمنية معينة، لاتخاذ قرار بشأن اتجاه النمو. مع ذلك، أظهرت الدراسات التي أُجريت على الجهاز العصبي للفقاريات، وتحديداً على المحاور العصبية العابرة للخط الوسطي البطني، أن الإشارات التنظيمية تلعب دوراً حاسماً في ضبط استجابات المحاور العصبية للإشارات الأخرى، مما يشير إلى أن عملية توجيه المحاور العصبية غير خطية. على سبيل المثال، تنجذب المحاور العصبية الرابطة بواسطة النيترين وتتنافر بواسطة السليت. ولكن، مع اقتراب المحاور العصبية من الخط الوسطي، يتم تثبيط تأثير السليت الطارد بواسطة مستقبل روبو-3/ريج-1. [ 4 ] بمجرد عبور المحاور العصبية للخط الوسطي، يؤدي تنشيط روبو بواسطة السليت إلى كبح الجذب الذي يتوسطه النيترين، فتتنافر المحاور العصبية بفعل السليت.

الاستراتيجيات الخلوية لتكوين المسارات العصبية

محاور الخلايا العصبية الرائدة

يخضع تكوين المسار العصبي لعدة قواعد أساسية. ففي كل من الجهاز العصبي للفقاريات واللافقاريات، تتشكل المسارات العصبية الأولية من محاور الخلايا العصبية الرائدة . [ 5 ] تتبع هذه المحاور مسارًا ثابتًا، وتتوقف عند أهداف وسيطة، وتتفرع عند نقاط محددة، في طريقها إلى وجهتها النهائية. ويتضح هذا المبدأ من خلال محاور الخلايا العصبية الحسية الممتدة في الجهاز العصبي المركزي للحشرات.

أثناء عملية نمو الأطراف ، تُشكّل الخلايا العصبية القريبة أولًا حزمًا محورية أثناء نموها باتجاه الجهاز العصبي المركزي. في المراحل اللاحقة من نمو الأطراف، تتحد محاور الخلايا العصبية البعيدة مع هذه المحاور الرائدة. يؤدي حذف الخلايا العصبية الرائدة إلى تعطيل امتداد المحاور اللاحقة، المُخصصة لتعصيب الجهاز العصبي المركزي. [ 6 ] في الوقت نفسه، تجدر الإشارة إلى أن الخلايا العصبية الرائدة في معظم الحالات لا تمتلك خصائص فريدة، ويمكن استبدال دورها في توجيه المحاور بخلايا عصبية أخرى. على سبيل المثال، في أنظمة الاتصال الشبكي-السقفي لضفدع زينوبوس ، تنشأ المحاور الرائدة لخلايا العقدة الشبكية من الجزء الظهري للعين. مع ذلك، إذا استُبدل النصف الظهري من العين بجزء ظهري أقل نضجًا، يمكن للخلايا العصبية البطنية أن تحل محل المسار الرائد للخلايا الظهرية، بعد فترة تأخير. [ ٧ ] أظهرت دراسات أجريت على شبكية عين سمكة الزيبرا أن تثبيط التمايز العصبي للخلايا السلفية الشبكية المبكرة يمنع المحاور العصبية من الخروج من العين. وأظهرت الدراسة نفسها مسارات نمو شاذة في الخلايا العصبية الثانوية، تتبع نمو الخلايا العصبية الرائدة التي تفتقر إلى مستقبلات التوجيه. [ ٨ ] وبالتالي، فبينما لا يزال مدى التوجيه الذي توفره المحاور العصبية الرائدة محل نقاش وقد يختلف من جهاز إلى آخر، فإن المسارات الرائدة تزود بوضوح إسقاطات الخلايا التابعة بإشارات التوجيه وتعزز قدرتها على الوصول إلى الهدف.

دور الخلايا الدبقية

تتفاعل المحاور العصبية الأولى الممتدة في المسار بشكل وثيق مع الخلايا الدبقية غير الناضجة. في الجسم الثفني المتشكل لدى الفقاريات، تهاجر الخلايا الدبقية البدائية أولًا إلى المناطق البطانية لنصفي الكرة المخية وجدار الحاجز الظهري لتشكيل بنية مؤقتة تستخدمها المحاور العصبية الرائدة لألياف الجسم الثفني للتمدد. [ 9 ] الإشارات بين الخلايا الدبقية والخلايا العصبية في الجهاز العصبي النامي متبادلة. على سبيل المثال، في الجهاز البصري للذبابة، تحتاج محاور الخلايا المستقبلة للضوء إلى الخلايا الدبقية للخروج من ساق العين، بينما تعتمد الخلايا الدبقية على إشارات من الخلايا العصبية للهجرة عائدةً على طول المحاور العصبية. [ 10 ]

علامات إرشادية

تعتمد المحاور العصبية النامية أيضًا على تراكيب عصبية عابرة، مثل الخلايا الدليلية ، أثناء عملية التوجيه. في الجهاز البصري للفأر ، يعتمد التكوين السليم للتصالب البصري على بنية على شكل حرف V من الخلايا العصبية العابرة التي تتقاطع مع خلايا دبقية شعاعية متخصصة عند خط منتصف التصالب. تنمو محاور التصالب على طول هذه البنية وحولها دون أن تخترقها. [ 11 ] مثال آخر هو الصفيحة الفرعية في القشرة المخية النامية ، والتي تتكون من طبقة عصبية عابرة أسفل المنطقة تحت البطينية ، وتعمل كدليل للمحاور العصبية الداخلة إلى طبقات القشرة المخية الدائمة. تشبه الصفيحة الفرعية الخلايا العصبية التصالبية في أن هذه المجموعات الخلوية تختفي (أو تتحول إلى أنواع أخرى من الخلايا) مع نضوج الدماغ. [ 12 ] تشير هذه النتائج إلى أن مجموعات الخلايا العابرة يمكن أن تؤدي دورًا توجيهيًا مهمًا على الرغم من أنها لا تؤدي أي وظيفة في الجهاز العصبي الناضج.

دراسة توجيه المحاور العصبية

وضع عالم الأحياء العصبية الإسباني سانتياغو رامون إي كاخال أولى الأوصاف لمخروط نمو المحور العصبي في أواخر القرن التاسع عشر. [ 13 ] مع ذلك، لم يبدأ فهم البيولوجيا الجزيئية والخلوية لتوجيه المحاور العصبية إلا بعد عقود. في العقود الثلاثة الماضية تقريبًا، استخدم العلماء طرقًا متنوعة لفهم كيفية توجيه المحاور العصبية. أُجريت معظم الدراسات المبكرة في توجيه المحاور العصبية على الجراد ، حيث تم تحديد الخلايا العصبية الحركية الفردية ووصف مساراتها. في الكائنات الحية النموذجية المعدلة وراثيًا ، مثل الفئران وسمك الزيبرا والديدان الأسطوانية وذباب الفاكهة ، يستطيع العلماء إحداث طفرات ودراسة ما إذا كانت هذه الطفرات تُسبب أخطاءً في توجيه المحاور العصبية وكيفية حدوثها. تُعد التجارب المخبرية مفيدةً للتلاعب المباشر بالمحاور العصبية النامية. ومن الطرق الشائعة زراعة الخلايا العصبية في مزارع خلوية وتعريض مخاريط النمو لإشارات توجيه مُنقّاة لمعرفة ما إذا كانت هذه الإشارات تُسبب انحراف المحاور العصبية النامية. غالباً ما تُجرى هذه الأنواع من التجارب باستخدام كائنات نموذجية تقليدية غير وراثية في علم الأجنة، مثل الدجاج والضفدع الأفريقي ذي المخالب . يسهل الحصول على أجنة هذه الأنواع، وعلى عكس الثدييات، فإنها تنمو خارجياً ويسهل الوصول إليها لإجراء التجارب عليها.

أنظمة نموذج توجيه المحاور العصبية

خضعت أنواع عديدة من مسارات المحاور العصبية لدراسات مستفيضة في نماذج تجريبية لفهم آليات توجيه المحاور العصبية بشكل أعمق. ولعل أبرزها مساران هما الوصلات العصبية والخرائط الطبوغرافية. الوصلات العصبية هي مواقع تعبر فيها المحاور العصبية خط الوسط من جانب إلى آخر من الجهاز العصبي. أما الخرائط الطبوغرافية فهي أنظمة تُسقط فيها مجموعات من الخلايا العصبية في نسيج ما محاورها العصبية إلى نسيج آخر بترتيب منظم يحافظ على العلاقات المكانية؛ أي أن الخلايا العصبية المتجاورة تُعصّب المناطق المجاورة من النسيج المستهدف.

تكوين الوصلة: التجاذب والتنافر

كما ذُكر سابقًا، تُصنّف إشارات توجيه المحاور العصبية عادةً إلى "جاذبة" أو "منفرة". وهذا تبسيطٌ للأمر، إذ تستجيب المحاور العصبية المختلفة لإشارةٍ مُحددة بشكلٍ مُختلف. علاوةً على ذلك، يُمكن لمخروط نمو المحور العصبي نفسه أن يُغيّر استجابته لإشارةٍ مُعينة بناءً على التوقيت، والخبرة السابقة مع الإشارة نفسها أو إشاراتٍ أخرى، والسياق الذي توجد فيه الإشارة. وتتجلى هذه المسائل بوضوحٍ أثناء نمو الوصلات العصبية. فالتناظر الثنائي للجهاز العصبي يعني أن المحاور العصبية ستواجه الإشارات نفسها على جانبي الخط المتوسط. قبل العبور (على نفس الجانب)، يجب أن يتجه مخروط النمو نحو الخط المتوسط ​​وينجذب إليه. أما بعد العبور (على الجانب الآخر)، فيجب أن ينفر مخروط النمو نفسه أو يفقد انجذابه إلى الخط المتوسط، وأن يُعيد تفسير البيئة لتحديد موقع النسيج المستهدف الصحيح.

كان لنظامين تجريبيين تأثير قوي بشكل خاص على فهم كيفية تنظيم توجيه المحاور العصبية في الخط المتوسط:

الحبل العصبي البطني لذبابة الفاكهة
توجيه المحاور العصبية في الحبل العصبي البطني الجنيني لذبابة الفاكهة . من سانشيز سوريانو وآخرون، 2007 [ 14 ]

أدى استخدام أدوات جينية متطورة في ذبابة الفاكهة إلى تحديد فئة رئيسية من إشارات توجيه المحاور العصبية، وهي الشقوق، ومستقبلاتها، وهي الروبوس (اختصارًا لكلمة راوند أباوت). يبدو الحبل العصبي البطني كالسلم، بثلاث حزم محورية طولية متصلة عبر الوصلات، وهي بمثابة درجات السلم. يوجد وصلتان، أمامية وخلفية، داخل كل جزء من أجزاء الجنين.

النموذج المقبول حاليًا هو أن بروتين Slit، الذي تُنتجه خلايا الخط المتوسط، يصد المحاور العصبية عن الخط المتوسط ​​عبر مستقبلات Robo. تحتوي المحاور العصبية التي تُسقط على نفس الجانب (غير المتقاطعة) دائمًا على مستقبلات Robo على سطحها، بينما تحتوي المحاور العصبية الرابطة على كمية قليلة جدًا من Robo أو لا تحتوي عليه إطلاقًا، مما يسمح لها بالانجذاب إلى الخط المتوسط ​​بواسطة بروتينات Netrin، وربما بواسطة إشارات أخرى لم تُحدد بعد. بعد التقاطع، تزداد مستقبلات Robo بشكل ملحوظ على المحور العصبي، مما يسمح للتنافر الناتج عن Robo بالتغلب على الانجذاب إلى الخط المتوسط. يتم تحقيق هذا التنظيم الديناميكي لـ Robo، جزئيًا على الأقل، بواسطة جزيء يُسمى Comm (اختصارًا لـ Commissureless)، والذي يمنع Robo من الوصول إلى سطح الخلية واستهدافها للتدمير. [ 15 ]

الحبل الشوكي للفئران والدجاج

في الحبل الشوكي للفقاريات، تمتد الخلايا العصبية الرابطة من المناطق الظهرية نزولًا نحو الصفيحة القاعدية البطنية. تنعطف المحاور العصبية في نفس الجانب قبل الوصول إلى الصفيحة القاعدية لتنمو طوليًا، بينما تعبر المحاور العصبية الرابطة الخط المتوسط ​​وتنعطف طوليًا على الجانب المقابل. ومن اللافت للنظر أن النيترينات والسليتات والروبوس تؤدي جميعها أدوارًا وظيفية مماثلة في هذا النظام. وكان أحد الألغاز البارزة هو الغياب الواضح لأي جين مسؤول عن التواصل في الفقاريات. ويبدو الآن أن بعض وظائف هذا الجين على الأقل تُؤدى بواسطة شكل مُعدَّل من الروبو يُسمى روبو3 (أو ريغ1).

كان الجهاز النخاعي الشوكي أول من أظهر بوضوح تغير استجابة مخاريط النمو للمؤثرات بعد تعرضها للخط المتوسط. تستجيب الخلايا العصبية المستأصلة والمُنمّاة في المزارع الخلوية لبروتين Slit المُضاف خارجيًا وفقًا لما إذا كانت قد لامست نسيج الصفيحة القاعدية أم لا. [ 16 ]

الخرائط الطبوغرافية: تدرجات للتوجيه

كما ذُكر سابقًا، تتشكل الخرائط الطبوغرافية عندما تُحافظ مجموعات الخلايا العصبية على علاقات مكانية مع مناطقها المستهدفة في نسيج آخر. تُعد هذه سمة رئيسية لتنظيم الجهاز العصبي، وخاصة في الأنظمة الحسية. اقترح عالم الأحياء العصبية روجر سبيري نموذجًا استشرافيًا لرسم الخرائط الطبوغرافية بوساطة ما أسماه "العلامات" الجزيئية. تتفاوت الكميات النسبية لهذه العلامات بتدرجات عبر كلا النسيجين. نُعرّف هذه العلامات الآن بأنها روابط (إشارات) ومستقبلاتها المحورية. ولعلّ أكثر أنواع العلامات فهمًا هي روابط الإيفرين ومستقبلاتها، المعروفة باسم إيفز.

في أبسط نماذج رسم الخرائط، يمكننا تصور تدرج في مستوى التعبير عن مستقبلات إيفرين في حقل من الخلايا العصبية، مثل شبكية العين، حيث تُظهر الخلايا الأمامية مستويات منخفضة جدًا، بينما تُظهر الخلايا الخلفية أعلى مستويات التعبير عن المستقبل. في الوقت نفسه، في هدف خلايا الشبكية ( السقف البصري )، تتوزع روابط إيفرين بتدرج مماثل: من مستويات عالية في الخلف إلى مستويات منخفضة في الأمام. تدخل محاور الخلايا العصبية الشبكية إلى السقف البصري الأمامي وتتجه نحو الخلف. ولأن محاور الخلايا العصبية الحاملة لمستقبلات إيفرين تُصدّ بشكل عام بواسطة روابط إيفرين، فإنها ستصبح أكثر ترددًا في التقدم كلما توغلت نحو السقف البصري الخلفي. ومع ذلك، فإن درجة هذا الصدّ تتحدد بمستوى التعبير الخاص بكل محور عن مستقبلات إيفرين، والذي يتحدد بدوره بموقع جسم الخلية العصبية في الشبكية. وبالتالي، يمكن للمحاور العصبية من الشبكية الأمامية، التي تُظهر أدنى مستوى من بروتين إيفرين، أن تمتد إلى السقف البصري الخلفي، على الرغم من أن هذا هو المكان الذي يُعبر فيه عن بروتين إيفرين بكثافة. تُعبر خلايا الشبكية الخلفية عن مستوى عالٍ من بروتين إيفرين، وستتوقف محاورها العصبية في الجزء الأمامي من السقف البصري.

إسقاط الشبكية السقفية للدجاج والضفادع والأسماك

بفضل حجمه الكبير وسهولة الوصول إليه، أصبح جنين الدجاج نموذجًا مفضلًا لدى علماء الأجنة. استخدم الباحثون الكتكوت لتنقية مكونات من السقف البصري (التكتم) بيوكيميائيًا، والتي أظهرت نشاطًا نوعيًا ضد محاور الخلايا العصبية الشبكية في المزارع الخلوية. وقد أدى ذلك إلى تحديد بروتينات إيفرين وإيفرين باعتبارها "علامات" سبيري المفترضة.

تمت دراسة الإسقاط الشبكي-السقفي أيضًا في الضفدع الأفريقي (Xenopus) وسمك الزيبرا. يُعد سمك الزيبرا نظامًا واعدًا نظرًا لإمكانية إجراء عمليات المسح الجيني، كتلك التي تُجرى على اللافقاريات، بسهولة وبتكلفة منخفضة نسبيًا. في عام ١٩٩٦، أُجريت عمليات مسح واسعة النطاق على سمك الزيبرا، شملت مسحًا لتوجيه ورسم خرائط محاور الخلايا العصبية في الشبكية. ولا يزال العديد من الطفرات بحاجة إلى توصيف.

علم الأحياء الخلوي

لقد حددت الوراثة والكيمياء الحيوية مجموعة كبيرة من الجزيئات التي تؤثر على توجيه المحاور العصبية. لكن كيفية ترابط هذه الجزيئات لا تزال غير مفهومة تمامًا. تُفعّل معظم مستقبلات توجيه المحاور العصبية مسارات نقل الإشارة التي تؤدي في النهاية إلى إعادة تنظيم الهيكل الخلوي وخصائص الالتصاق لمخروط النمو، والتي تُشكل مجتمعةً أساس حركة جميع الخلايا. وقد وُثّق هذا الأمر جيدًا في الخلايا العصبية القشرية للثدييات. [ 17 ] ومع ذلك، يثير هذا تساؤلًا حول كيفية تسبب نفس الإشارات في طيف واسع من الاستجابات من مخاريط نمو مختلفة. قد يكون السبب هو أن مستقبلات مختلفة تُفعّل الجذب أو التنافر استجابةً لإشارة واحدة. وثمة احتمال آخر هو أن مُركّبات المستقبلات تعمل كـ"كاشفات توافق" لتعديل الاستجابات لإشارة ما في وجود إشارة أخرى. ويمكن أن يحدث "تداخل" مماثل في الإشارات داخل الخلايا، في مسار الإشارات اللاحقة للمستقبلات الموجودة على سطح الخلية.

في الواقع، أظهرت الدراسات أن استجابات نمو المحاور العصبية الرابطة تتأثر بالانجذاب أو التثبيط أو الصمت في وجود مستقبل DCC المُنشَّط بواسطة النيترين . [ 18 ] يعتمد هذا النشاط المتغير على تعبير مستقبلات Robo أو UNC-5 في مخاريط النمو. فعلى سبيل المثال، يؤدي تنشيط مستقبل Robo بواسطة Slit إلى تثبيط قدرة النيترين على الجذب عبر مستقبل DCC. بينما تستجيب مخاريط النمو التي تُعبِّر عن مستقبل UNC-5 بطريقة تنافرية لتنشيط النيترين-DCC. تحدث هذه الأحداث نتيجةً للتفاعلات السيتوبلازمية بين مستقبل DCC المُنشَّط بواسطة النيترين ومستقبل Robo أو UNC-5، مما يُغير في نهاية المطاف إشارات DCC السيتوبلازمية. وبالتالي، يتضح أن تقدم مخروط النمو عملية معقدة للغاية وتخضع للتغيرات الناتجة عن إشارات التوجيه، وتعبير المستقبلات، وتفاعلات المستقبلات، وآليات الإشارات اللاحقة التي تؤثر على إعادة تشكيل الهيكل الخلوي.

انتقال مخروط النمو في المحاور العصبية الموجهة

إن قدرة المحاور العصبية على التوجيه وتعديل استجاباتها لمختلف الإشارات خارج الخلوية، على مسافات طويلة من جسم الخلية، دفعت الباحثين إلى دراسة الخصائص الذاتية لمخاريط النمو. تكشف الدراسات الحديثة أن إشارات التوجيه يمكن أن تؤثر على التغيرات المكانية والزمانية في المحاور العصبية من خلال تعديل الترجمة الموضعية وتحلل البروتينات في مخاريط النمو. [ 19 ] علاوة على ذلك، يبدو أن هذا النشاط يحدث بشكل مستقل عن التعبير الجيني النووي البعيد . في الواقع، في خلايا العقدة الشبكية (RGCs) ذات المحاور العصبية المقطوعة، تستمر مخاريط النمو في تتبع وتعصيب السقف البصري لأجنة الضفدع الأفريقي (Xenopus). [ 20 ]

لتيسير هذا النشاط، يُعتقد أن مخاريط النمو تجمع جزيئات mRNA التي تشفر المستقبلات وبروتينات الإشارات الخلوية الداخلية المشاركة في إعادة تشكيل الهيكل الخلوي. [ 21 ] في أنظمة إسقاط الشبكية والسقف البصري لضفدع زينوبوس، تبين أن التعبير عن هذه البروتينات يتأثر بإشارات التوجيه والتنشيط اللاحق لآلية الترجمة المحلية. تحفز إشارة الجذب نترين-1 نقل mRNA وتؤثر على تخليق β-أكتين في الأرجل الخيطية لمخاريط النمو، لإعادة هيكلة وتوجيه مخاريط نمو خلايا الشبكية العقدية في اتجاه إفراز نترين. [ 22 ] بينما يُقترح أن إشارة التنافر، سلت، تحفز ترجمة كوفيلين (عامل إزالة بلمرة الأكتين) في مخاريط النمو، مما يؤدي إلى تنافر المحاور العصبية. [ 23 ] بالإضافة إلى ذلك، تُظهر المحاور العصبية المقطوعة في الكتاكيت القدرة على ترجمة مستقبل Eph-A2 والتعبير عنه أثناء عبور خط الوسط. [ 24 ] ونتيجة لذلك، تشير الدراسات إلى أن التعبير البروتيني المحلي هو آلية ملائمة لتفسير الطبيعة السريعة والديناميكية والمستقلة لتقدم مخروط النمو استجابة لجزيئات التوجيه.

فرضية نمو المحاور العصبية وديناميكيات الاتصال العصبي المتفق عليها

قد تكشف تقنيات التصوير بالرنين المغناطيسي الموزون بالانتشار الحديثة عن العملية الكلية لتطور المحاور العصبية. يمكن إنشاء مخطط الاتصال العصبي ، أو مخطط الدماغ، من بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي الموزون بالانتشار : تتوافق رؤوس المخطط مع مناطق الدماغ المصنفة تشريحيًا، ويرتبط رأسان من هذه الرؤوس، ولنقل u و v ، بحافة إذا وجدت مرحلة تتبع الألياف العصبية في معالجة البيانات ليفًا محوريًا يربط بين المنطقتين، الموافقتين لـ u و v . يمكن تنزيل العديد من مخططات الدماغ، المحسوبة من مشروع مخطط الاتصال العصبي البشري ، من موقع http://braingraph.org . تُعد ديناميكيات مخطط الاتصال العصبي التوافقي (CCD) ظاهرةً لافتةً تم اكتشافها من خلال التخفيض المستمر لمعامل الثقة الأدنى في الواجهة الرسومية لخادم مخطط الاتصال العصبي المرجعي في بودابست . [ 25 ] [ 26 ] يُصوّر خادم بودابست المرجعي للاتصالات العصبية الروابط الدماغية لـ 418 شخصًا (n=418) بمعامل تردد k: لأي قيمة k (من 1 إلى n)، يمكن عرض رسم بياني للحواف الموجودة في k من الاتصالات العصبية على الأقل. عند تقليل قيمة k تدريجيًا من k=n إلى k=1، يظهر المزيد من الحواف في الرسم البياني، نظرًا لتخفيف شرط التضمين. الملاحظة اللافتة هي أن ظهور الحواف ليس عشوائيًا على الإطلاق، بل يُشبه بنيةً معقدةً نامية، كشجرة أو شجيرة (كما هو موضح في هذا الفيديو على يوتيوب ). يُفترض في [ 27 ] أن هذه البنية النامية تُحاكي تطور المحاور العصبية في الدماغ البشري: فالوصلات الأقدم (الألياف المحورية) مشتركة بين معظم الأشخاص، بينما تتميز الوصلات اللاحقة بتفاوت متزايد، نظرًا لتراكم هذا التفاوت خلال عملية نمو المحاور العصبية.

الارتباط الجيني

يرتبط توجيه المحاور العصبية وراثيًا بخصائص أو سمات أخرى. على سبيل المثال، أدت تحليلات الإثراء لمسارات الإشارات المختلفة إلى اكتشاف ارتباط وراثي بحجم الجمجمة. [ 28 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ تيسييه-لافين، مارك وكوري إس. غودمان (نوفمبر 1996). "البيولوجيا الجزيئية لتوجيه المحاور العصبية". مجلة ساينس . 274 (5290): 1123-1133 . Bibcode : 1996Sci...274.1123T . doi : 10.1126 / science.274.5290.1123 . PMID 8895455. S2CID 10183263 .  
  2. ↑ بير، إم إف، كونورز، بي دبليو، وباراديسو، إم إيه. "علم الأعصاب: استكشاف الدماغ". صفحة 699. الطبعة الثالثة. منشورات إل دبليو دبليو. ليبينكوت، ويليامز وويلكنز.
  3. ↑ جوناثان ريبر وكارول ماسون، الاستراتيجيات الخلوية لتحديد مسار المحاور العصبية، كولد سبرينغ هاربور بيرسبكت بيول 2010؛2:a001933
  4. ↑ ديكسون بي جيه، زو واي. التنقل بين الأهداف الوسيطة: خط منتصف الجهاز العصبي" كولد سبرينغ هاربور بيرسبكت بيول 2010؛2: a002055.
  5. ↑ هيدالغو، أ؛ بوث، ج. إي. (2000). "الخلايا الدبقية تحدد مسارات المحاور العصبية الرائدة في الجهاز العصبي المركزي الجنيني لذبابة الفاكهة" . التطور . 127 (2): 393-402 . doi : 10.1242/dev.127.2.393 . PMID 10603355 . 
  6. ↑ باستياني، إم جيه، وجودمان، سي إس (1986). "توجيه مخاريط نمو الخلايا العصبية في جنين الجراد. الجزء الثالث: التعرف على مسارات الخلايا الدبقية المحددة" . مجلة علم الأعصاب . 6 (12): 3542-3551 . doi : 10.1523/JNEUROSCI.06-12-03542.1986 . PMC 6568670. PMID 3794788 .  
  7. ↑ هولت، سي إي (1984). "هل يؤثر توقيت نمو المحاور العصبية على التضاريس الشبكية-السقفية الأولية في الضفدع الأفريقي؟" . مجلة علم الأعصاب . 4 (4): 1130-1152 . doi : 10.1523/JNEUROSCI.04-04-01130.1984 . PMC 6564775. PMID 6325604 .  
  8. ↑ بيتمان، أ. ج.؛ لو، م. ي.؛ تشين، س. ب. (2008). "تحديد المسار في مسار محوري كبير للفقاريات: التفاعلات المتماثلة توجه محاور الشبكية-السقفية عند نقاط الاختيار المتعددة" . التطور . 135 ( 17): 2865-2871 . doi : 10.1242/dev.025049 . PMC 2562560. PMID 18653554 .  
  9. ↑ Che´dotal A, Richards LJ. 2010. Wiring the brain: the biology of neuronal guidance" Cold Spring Harb Perspect Biol 2: a001917.
  10. ↑ هوميل، ت؛ أتيكس، س؛ غانينغ، د؛ زيبورسكي، س. ل. (2002). "التحكم الزمني في هجرة الخلايا الدبقية في عين ذبابة الفاكهة يتطلب جينات غيلغامش، وهيدجهوغ، وجينات تحديد العين" . نيرون . 33 (2): 193-203 . doi : 10.1016/s0896-6273(01)00581-5 . PMID 11804568 . 
  11. ↑ ماركوس، آر سي؛ ماسون، سي إيه (1995). "أول نمو لمحور عصبي شبكي في التصالب البصري للفأر: نمط المحور العصبي والبيئة الخلوية" . مجلة علم الأعصاب . 15 (10): 6389-6402 . doi : 10.1523/JNEUROSCI.15-10-06389.1995 . PMC 6577988. PMID 7472403 .  
  12. ↑ كانولد، ب.و.؛ كارا، ب.؛ ريد، ر.س.؛ شاتز، س.ج. (2003). "دور خلايا الطبقة الفرعية في النضج الوظيفي لأعمدة القشرة البصرية" . مجلة ساينس . 301 (5632): 521-525 . رمز Bibcode : 2003Sci...301..521K . doi : 10.1126/science.1084152 . PMID 12881571. S2CID 14622652 .  
  13. ↑ لانديس، إس سي (1983). "مخاريط النمو العصبي". المراجعة السنوية لعلم وظائف الأعضاء . 45 : 567-80 . doi : 10.1146/annurev.ph.45.030183.003031 . PMID 6342524 . 
  14. ↑ سانشيز-سوريانو ن، تير ج، ويتينغتون ب، بروكوب أ (2007). "ذبابة الفاكهة كنموذج وراثي وخلوي لدراسات نمو المحاور العصبية" . التطور العصبي . 2 : 9. doi : 10.1186/1749-8104-2-9 . PMC 1876224. PMID 17475018 .  
  15. ↑Sun, Q., S. Bahri, A. Schmid, W. Chia, and K. Zinn. "Receptor tyrosine phosphatases regulate axon guidance across the midline of the Drosophila embryo." Development 2000; 127 : 801-12. Development. 15 Feb. 2000. Web. 23 Jan. 2010. <Sun, Q.; Bahri, S.; Schmid, A.; Chia, W.; Zinn, K. (15 February 2000). "Receptor tyrosine phosphatases regulate axon guidance across the midline of the Drosophila embryo". Development. 127 (4): 801–812. doi:10.1242/dev.127.4.801. PMID 10648238. Archived from the original on 2016-03-03. Retrieved 2010-01-23.>
  16. ↑Redies, C., H. Inuzuka, and M. Takeichi. "Restricted expression of N- and R-cadherin on neurites of the developing chicken CNS." The Journal of Neuroscience 1992; 12 : 3525-534. <Redies, C.; Inuzuka, H.; Takeichi, M. (September 1992). "Restricted expression of N- and R-cadherin on neurites of the developing chicken CNS". Journal of Neuroscience. 12 (9): 3525–3534. doi:10.1523/JNEUROSCI.12-09-03525.1992. PMC 6575733. PMID 1527594. Archived from the original on 2004-10-29. Retrieved 2010-01-23.>
  17. ↑Kalil, Katherine; Li, Li; Hutchins, B. Ian (2011). "Signaling mechanisms in cortical axon growth, guidance, and branching". Frontiers in Neuroanatomy. 5: 62. doi:10.3389/fnana.2011.00062. PMC 3202218. PMID 22046148.
  18. ↑Stein, Elke; et al. (2001). "Hierarchical Organization of Guidance Receptors: Silencing of Netrin Attraction by Slit Through a Robo/DCC Receptor Complex". Science. 291 (5510): 1928–1938. Bibcode:2001Sci...291.1928S. doi:10.1126/science.1058445. PMID 11239147. S2CID 24626940. (Retracted, see doi:10.1126/science.adk1517, Retraction Watch)
  19. ↑ كامبل، د.س.؛ هولت، س.إ. (2001). "الاستجابات الكيميائية لمخاريط نمو الشبكية بوساطة التخليق والتحلل السريع للبروتين الموضعي" . نيرون . 32 (6): 1013-1026 . doi : 10.1016/s0896-6273(01)00551-7 . PMID 11754834 . 
  20. ↑ هاريس، دبليو إيه؛ هولت، سي إي؛ بونهوفر، إف. (1987). "محاور الخلايا العصبية الشبكية مع وبدون أجسامها الخلوية، تنمو وتتفرع في سقف شبكية أجنة الضفدع الأفريقي: دراسة فيديو بتقنية التصوير الزمني للألياف المفردة في الجسم الحي " (ملف PDF) . التطور . 101 (1): 123-133 . doi : 10.1242/dev.101.1.123 . PMID 3449363 . 
  21. ↑ آن لوري، لورا؛ فان فاكتور، ديفيد (2009). "رحلة الطرف: فهم آلية مخروط النمو" . مجلة نيتشر ريفيوز لعلم الأحياء الخلوي الجزيئي . 10 (5): 332-343 . doi : 10.1038/nrm2679 . PMC 2714171. PMID 19373241 .  
  22. ↑ ليونغ، كين-مي؛ وآخرون (2006). "ترجمة mRNA غير المتماثلة لبروتين بيتا-أكتين في مخاريط النمو تُحفز الانعطاف الجاذب نحو بروتين نترين-1" . مجلة نيتشر لعلم الأعصاب . 9 (10): 1247-1256 . doi : 10.1038/nn1775 . PMC 1997306. PMID 16980963 .   
  23. ↑ بايبر، م.؛ وآخرون (2006). "آليات الإشارة الكامنة وراء انهيار مخاريط نمو شبكية العين في الضفدع الأفريقي (Xenopus) الناتج عن Slit2" . مجلة Neuron . 49 (2): 215-228 . doi : 10.1016/j.neuron.2005.12.008 . PMC 3689199. PMID 16423696 .   
  24. ↑ بريتيس، بيري أ.؛ لو، تشيانغ؛ فلانغان، جون ج. (2002). "تخليق البروتين المحوري يوفر آلية للتنظيم الموضعي عند هدف وسيط" . الخلية . 110 (2): 223-235 . doi : 10.1016/s0092-8674(02)00813-9 . PMID 12150930 . 
  25. ^ سالكاي، بالاز؛ وآخرون . (2015). “خادم Connectome المرجعي بودابست v2.0”. رسائل علم الأعصاب . 595 : 60– 2. أرخايف : 1412.3151 . دوى : 10.1016/j.neulet.2015.03.071 . بميد 25862487 . S2CID 6563189 .   
  26. ^ سالكاي، بالاز؛ كيربيسي، تشابا؛ فارجا، بالينت؛ جرولموش ، فينس (2017). "وصلات إجماعية قابلة للضبط من مشروع Human Connectome: خادم Budapest Reference Connectome Server v3.0" . الديناميكا العصبية المعرفية . 11 (1): 113-116 . أرخايف : 1602.04776 . دوى : 10.1007/s11571-016-9407-z . بمك 5264751 . بميد 28174617 .  
  27. ↑ كيريبسي، تشابا؛ زالكاي، بالاز؛ فارغا، بالينت؛ غرولموس، فينس (2016). "كيفية توجيه حواف الموصلات العصبية: ديناميكيات الموصلات العصبية المتفق عليها وتطور الروابط في الدماغ البشري" . PLOS ONE . 11 (6) e0158680. arXiv : 1509.05703 . Bibcode : 2016PLoSO..1158680K . doi : 10.1371/ journal.pone.0158680 . PMC 4928947. PMID 27362431 .  
  28. ^ آدامز، هياب سمو؛ هيبار ، ديريك ف . تشوراكي، فنسنت؛ شتاين ، جيسون إل. نيكويست ، بول أ. رينتيريا ، ميغيل إي ؛ البوق، ستيلا؛ أرياس فاسكيز، أليخاندرو؛ سيشادري ، سودها (2016). "المواقع الجينية الجديدة الكامنة وراء الحجم داخل الجمجمة البشرية التي تم تحديدها من خلال الارتباط على نطاق الجينوم" . علم الأعصاب الطبيعي . 19 (12): 1569–1582 . دوى : 10.1038 / nn.4398 . بمك 5227112 . بميد 27694991 .