皮質ニューロンの軸索伸長を調節する途上国における自発的なカルシウムトランジェント

The Journal of Neuroscience : the Official Journal of the Society for Neuroscience. Feb, 2003  |  Pubmed ID: 12574421

皮質軸索の成長円錐は軸索分岐の準備のために多くの時間を一時停止します。彼らは小さな前進成長円錐と比べて大規模で複雑になります。我々は、カルシウムトランジェントが哺乳類の中枢神経系の成長円錐の前進を調節するかどうかを調査したかった。我々は、皮質ニューロンの開発に自発的なカルシウムトランジェントが特徴的なパターン、周波数、振幅を持っていることがわかった。重要なのは、大規模な一時停止して成長円錐を持つニューロンは小さな前進成長円錐のものはまれである高周波自発的なカルシウムトランジェントを、示す。発生率、周波数、およびカルシウムトランジェントの振幅が反比例して軸索伸長率に関連しています。過渡電流はL-型電位依存性カルシウムチャネルによって主に仲介し、チャネルブロッカーでそれらを黙らせるには軸索伸長を促進しています。したがって、カルシウムトランジェントが成長円錐に直接作用により成長円錐の前進を調節する。

神経細胞骨格の動的イメージング

Methods in Enzymology. 2003  |  Pubmed ID: 12624921

成長円錐の運動性と軸索誘導における細胞骨格のダイナミクスと交通

Neuron. Oct, 2003  |  Pubmed ID: 14556705

最近の研究では、アクチンと微小管細胞骨格が開発ニューロンに影響を及ぼす多くのシグナル伝達カスケードの最後の共通の目標であることを示す。高分子のダイナミクスと輸送の規制は、適切な成長円錐の運動性のために重要である。このレビューはアクチンフィラメント、微小管、およびその関連タンパク質は、成長円錐の運動性、軸索伸長、およびガイダンスにおいて重要な役割を果たしている方法について説明しています。我々は、指示軸索伸長の細胞骨格の調節のためのワーキングモデルを提示します。今後の重要な目的は、ガイダンス受容体の活性化によって誘導されるシグナル伝達カスケードの細胞骨格の協調した対応を理解することになります。

ENA / VASPタンパク質：アクチン細胞骨格と細胞遊走のレギュレータ

Annual Review of Cell and Developmental Biology. 2003  |  Pubmed ID: 14570581

ENA / VASPタンパク質はアクチン規制EVH1から成ってタンパク質、EVH2ドメイン、プロリンリッチ中心領域の保存されたファミリーである。それらは、線維芽細胞の遊走、軸索ガイダンス、およびT細胞の分極としてアクチンベースのプロセスに関与し、細胞内病原体リステリア菌（Listeria monocytogenes）のアクチンベースの運動のために重要であるされています。機構的には、これらのタンパク質は、アクチンフィラメントの鉄条網の端に関連付けられ、タンパク質（CapZ）をキャッピングによってキャッピングフィラメントの反感を買う。さらに、彼らはアクチン重合のサイトでArp2/3-dependentアクチンフィラメントの枝やバインドプロフィの密度を減らすことができます。脊椎動物恵那/ VASPタンパク質はPKA / PKGセリン/スレオニンキナーゼの基質である。これらのキナーゼによるリン酸化は、この規制の基礎となるメカニズムが決定されていますが、細胞内恵那/ VASP機能を調節するために表示されます。

成長円錐と枝軸索ガイダンス：一般的な細胞骨格とシグナル伝達機構

The Neuroscientist : a Review Journal Bringing Neurobiology, Neurology and Psychiatry. Oct, 2003  |  Pubmed ID: 14580119

成長の軸索は、環境手がかりに、その運動性の成長円錐の応答によって適切なターゲットに導かれる。間軸索分岐はまた、哺乳動物の中枢神経系における軸索ガイダンスの重要な形態である。皮質スライスと解離皮質培養における成長の軸索の可視化は、行動が将来の軸索分岐のサイトを区別一時その成長円錐を示した。脊椎動物と無脊椎動物の成長円錐の研究は、成長円錐の挙動と軸索の分岐を制御する一般的なメカニズムを示唆している。これらはアクチンと微小管細胞骨格の再編成、微小管とアクチンフィラメント間の動的相互作用、軸索ガイダンス分子、アクチン調節タンパク質の作用、細胞内カルシウムシグナル伝達のダイナミックな変化の影響を含みます。今後の課題は、無傷の神経系の細胞内事象の研究に単一ニューロンの高分解能イメージングを拡張し、成体中枢神経系の損傷後の軸索発芽の促進に発達メカニズムの知識を適用することになります。

ネトリン1とセマフォリン3Aは、細胞骨格の再編成により、それぞれ、皮質軸索分岐を促進または阻害する

The Journal of Neuroscience : the Official Journal of the Society for Neuroscience. Mar, 2004  |  Pubmed ID: 15044539

多くのCNS経路では、ターゲット·神経軸索は、ターゲットへの主要な成長円錐の延長ではなく、分岐によって発生します。枝形成のメカニズムを調べるために、我々は、皮質軸索の分岐上に魅力的と抑制指導の手がかりの効果を調べた。我々は、皮質軸索を撃退セマフォリン3A（Sema3A）は、50％阻害するのに対し、分岐ネトリン-1、皮質軸索を魅了し、FGF-2は、> 50％で分岐を増加させることが見つかりました。重要なのは、要因のいずれも大幅に軸索の長さに影響を与えません。 FGF-2による分岐の増加とSema3Aによる分岐の阻害は、成長円錐（拡張対崩壊）上および細胞骨格への影響を反対によって媒介された。 FGF-2 Sema3A解重合アクチンフィラメント、弱毒化微小管ダイナミクス、数分以内に崩壊した微小管の配列に対し、多くの時間を超える成長円錐における微小ループのアクチンの重合と生成を増加した。ネトリン1は、成長円錐を介さず、多くの場合、急速な軸索分岐を促進した。枝は糸状仮足のアクチンフィラメントの急速な蓄積を誘導したネトリン1のローカルアプリケーション、後30分以内に軸索軸にデノボを形成した。重要なのは、アクチン重合を増加し、微小管のダイナミクスは、軸索が発生する分岐のために必要であった。一緒に、これらの結果は、ガイダンス因子が成長円錐と軸索分岐を促進または抑制する軸索軸で組織や細胞骨格のダイナミクスに影響を及ぼすことを示している。軸索伸長の独立した、指導の手がかりに応答して、分岐軸索は、さまざまな細胞メカニズムにより、異なる時間のコースを介して発生する可能性があります。

ニューロンとネトリン1の機能下流の糸状仮足形成のための恵那/ VASPタンパク質の重要な役割

Neuron. Apr, 2004  |  Pubmed ID: 15066263

ENA / VASPタンパク質は軸索伸長やガイダンスにおいて重要な役割を果たす。 ENA / VASP活動は線維芽細胞の葉状仮足内アクチンネットワークの組み立てとジオメトリを調節する。成長円錐では、ENA / VASPタンパク質は、糸状仮足の先端に集中している、まだガイダンス信号に成長円錐の応答におけるそれらの役割は確立されていません。我々は、恵那/ VASPタンパク質が神経突起のシャフトと成長円錐に沿って形成と糸状仮足の伸長に重要な役割を果たすことがわかった。ネトリン-1誘発性糸状仮足の形成は恵那/ VASP機能に依存した、直接規制PKAサイトで恵那/ VASPリン酸化と相関していた。したがって、恵那/ VASP関数は、グローバルPKAの活性化に応答して成長円錐からfilopodial形成に必要であった。我々は、恵那/ VASPタンパク質が指導の手がかりに応答して、アクチンネットワークを改造してニューロンのfilopodialダイナミクスを制御することを提案する。

ホット+ TIPS：ガイダンスキューは、微小管に直接信号

Neuron. Jun, 2004  |  Pubmed ID: 15207230

加えてエンド追跡タンパク質（+ TIPS）微小管に結合する。 Leeらによって報告された結果。とZhouら。ニューロンのこの問題で+チップに細胞内シグナル伝達経路を介して、微小管が成長円錐を運営し、軸索の伸長を調節することで指導の手がかりを直接ターゲットにすることができ、ことを示している。

タッチして移動：ガイダンスキュー信号を成長円錐の細胞骨格に

Current Opinion in Neurobiology. Oct, 2005  |  Pubmed ID: 16143510

成長円錐、軸索成長の非常に運動性のヒントは、分子の合図に応答することによって、それらのターゲットへの軸索をガイドします。前進、後退、旋回、分岐などの成長円錐の動作は、ダイナミクスとガイダンスキュー受容体にリンクされているシグナル伝達経路を介してアクチンと微小管細胞骨格の再編成によって駆動されます。アクチンフィラメントは、成長円錐の運動性に大きな役割を果たす、と理由その周辺の場所の分子手がかりの主なターゲットであると考えられていた。しかし、最近の研究では、動的な微小管ガイダンス分子が直接影響を与えることができる成長円錐周辺部を貫通することができることを示している。また、指導の手がかりは、変調ダイナミックアクチン - 微小管の相互作用による成長円錐のステアリングを制御することができます。

ENA / VASPは、開発皮質における神経突起形成に必要である

Neuron. Nov, 2007  |  Pubmed ID: 17988629

哺乳類の大脳皮質の発達は、神経細胞遊走および神経突起を含み、この後者のプロセスは、軸索と樹状突起の構造の前駆体を形成します。これらのプロセスを駆動するために細胞骨格を調節する経路を解明することは皮質の開発についての我々の理解の基本である。ここでは、すべての3つのマウス恵那/ VASPタンパク質の喪失、アクチン調節タンパク質のファミリー、神経ectopiasを引き起こし、皮質板に変化させるのintralayerポジショニング、、corticogenesis間に驚くべきことに、ブロックの軸索線維路の形成を示しています。恵那/ VASPの不在の皮質線維路の欠陥は神経突起の開始、軸索形成のための前提条件の障害から生じる。恵那/ VASP欠損ニューロンの神経突起開始欠陥がバンドルされているアクチンフィラメントと糸状仮足を形成するために、失敗が付いています。これらの知見は、神経突起の形成と皮質の開発時にはアクチン細胞骨格の役割の規制への洞察を提供しています。

糸状仮足は、皮質神経突起の開始に必要な、

Nature Cell Biology. Dec, 2007  |  Pubmed ID: 18026093

細胞体から神経突起の拡張は、機能的神経系を形成することが不可欠であるが、神経突起形成のメカニズムはほとんどわかっていない。 ENA / VASPタンパク質はアクチンダイナミクスを調節し、細胞の突起の精緻化を調節する。我々は最近、皮質軸索路形成が恵那/ VASP-nullマウスと恵那/ VASP-ヌル皮質ニューロンで失われていることを報告し糸状仮足を欠いており、神経突起を精巧に失敗します。ここでは、恵那でその神経突起形成を報告/ VASP-ヌルニューロンは、タンパク質mDia2を核アクチンの異所性発現を介したフィロポディア形成を復元することによって救出することができます。逆に、糸状仮足の形成がブロックされている野生型ニューロンが神経突起を精巧に失敗します。また、糸状仮足のようなアクチンに富んだ突起の形成を促進するラミニンが、恵那/ VASP欠損ニューロンの神経突起形成を救出すること。報告したがって、糸状仮足の形成は、皮質ニューロンの神経突起形成の主要な前提条件です。神経突起の開始はまた、糸状仮足内のアクチンフィラメント束と動的な微小管の相互作用は、神経突起形成に重要であることを示唆し、糸状仮足に微小管の拡張を必要とします。

樹状突起棘の活動依存の動的微小管の侵入

The Journal of Neuroscience : the Official Journal of the Society for Neuroscience. Dec, 2008  |  Pubmed ID: 19052200

樹状突起棘は、興奮性海馬および皮質ニューロンのシナプス前軸索との接触の主な部位である。開発と可塑性棘の間に直接ニューロン間の機能的コミュニケーションに影響を与える構造の著しい変化を受けています。これらの構造変化を誘導する細胞骨格のイベントを解明することはシナプスの生物学を理解するための基本である。アクチンは、しかし背骨関数内の微小管の役割はほとんど研究されており、脊椎骨格において中心的な役割を果たしています。微小管は棘のために運命づけられている樹状突起全体に素材を輸送において重要な役割を持っていますが、それらは直接背骨の構造や機能に影響を与えると考えていません。内部全反射蛍光顕微鏡を用いて、我々は、微小管は急速に成熟した中枢神経系の神経細胞（in vitroで最大63 d）は、時折一過性脊椎頭部の突起（tSHPs）の形でスパイン形態の著しい変化に関連付けられての樹状突起に侵入することを発見しました。二つの微小管が同時に背骨を占有することができ、ターゲットと微小管は、近位および遠位樹状突起の両方から発生する可能性があります。棘の割合が小さい時に対象とされ、すべてのターゲットにイベントは一時的なもので、わずか数分を平均。それにもかかわらず、時間をかけて樹状突起上に多数の棘は微小管をターゲットとしています。重要なのは、我々は、神経活動を増加させる微小管が侵入し棘の数と、これらの侵略持続時間の両方を高めることを示している。本研究では、成熟した中枢神経系ニューロンの神経細胞骨格のダイナミクスに新たな洞察を提供し、微小管はスパイン形態と機能に重要な、直接的な役割を果たすことを示唆している。

原子間力顕微鏡を用いたタンパク質の監督総会による金表面上におけるニューロンの位置とガイダンス

Biomaterials. Jul, 2009  |  Pubmed ID: 19342092

我々は原子間力顕微鏡のナノリソグラフィーを効果的に金表面上の皮質神経細胞の接着、成長、および相互接続性を制御するために使用できることを示している。我々は、パターン化されたタンパク質の2つの異なるタイプを使用して金表面上の明確に定義された場所で神経細胞の固定化を示し、1）ポリ-D-リジン（PDL）、組織培養とで広く使用され、正に荷電ポリペプチド2）ラミニンのコンポーネント細胞外マトリックス。我々の結果は、PDLおよびラミニンのパターンの両方が、よく制御されたニューロンの位置と接続を持つ人工神経アセンブリのエンジニアリングに向けた重要な一歩を神経細胞を閉じ込めるとAu表面上の彼らの成長と相互接続性を制御するために使用することができることを示している。

動的な細胞骨格：樹状突起スパインの可塑性のバックボーン

Current Opinion in Neurobiology. Feb, 2011  |  Pubmed ID: 20832290

樹状突起棘は、形態学的および分子の可塑性、学習と記憶に重要な役割を果たす樹状突起の表面に小さなアクチン豊富な突起があります。棘の形態と機能の両方は、アクチン細胞骨格に決定的に依存しています。しかし、電子顕微鏡、ライブセル超解像顕微鏡を使用して、新しい研究は、アクチン細胞骨格は、当初考えていたよりも複雑でダイナミックであることを示します。また、いくつかのラボからのエキサイティングな最近の研究では、樹状突起棘の最も遠位領域に遠足を行うことができ、微小管は、一度樹状突起軸に制限されていると考えていることを示します。また、棘の微小管の侵入は、シナプス活動の変化に関連付けられて表示されます。したがって、樹状突起棘内で微小管とアクチンフィラメント間の動的相互作用が樹状突起棘の可塑性において重要な役割を果たしている可能性があります。

軸索伸長とガイダンスの成長円錐の細胞骨格

Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. Mar, 2011  |  Pubmed ID: 21106647

適切なターゲットへの軸索伸長とガイダンスは、糸状（F）-アクチンと微小管（MTS）、形状の変化や運動を促進する動的な細胞骨格ポリマーの調整を必要とします。過去20年間、多くの指導の手がかり、受容体、および神経突起伸長やガイダンスに関与する下流のシグナル伝達カスケードの我々の知識は劇的に増加している。以下は、情報のそれらのカスケードは、適切なリモデリングと細胞骨格ポリマー、運動と指導の究極のエフェクターの相互作用を収束し、指示する方法については、しかし、知られています。開発中に、多くの環境指導の手がかりと細胞骨格との間で行われる通信の軸索は、神経成長円錐の成長先端で行われます。成長円錐に "入力"、受容体の種類の無数の、およびそれらに対応する同種の配位子上でこのトピックを中心にいくつかの記事。他の受容体によって開始されたシグナル伝達カスケードを調査し、セカンドメッセンジャー経路（すなわち、キナーゼ、ホスファターゼ、GTPアーゼ）により伝播されます。アクチンと微小管細胞骨格に直接関連付けるタンパク質に関する情報が収束の最終的には、この過剰。軸索伸長やガイダンス、これらの細胞骨格関連タンパク質の役割だけでなく、骨格自体が、この記事の主題である。

ナノパターン金表面上の神経成長の距離依存性

Langmuir : the ACS Journal of Surfaces and Colloids. Jan, 2011  |  Pubmed ID: 21121598

脳内ネットワークの開発を理解することは途方もない基本的に重要であるが、それは、そのアーキテクチャと機能の両方の複雑さを非常に困難である。ターゲット領域とそのような膜結合タンパク質、化学勾配、機械的な指導の手がかり等として、ガイダンス因子との特異的相互作用への軸索ナビゲーションのメカニズムは不明な点が多い。神経ネットワーク形成の研究のための電流制限を正確にニューロンの小グループの接続を制御する機能です。このようなネットワークを設計する最初のステップは、中枢神経系（CNS）のニューロンが互いに機能的な接続を形成するために使用する "ルール"を理解することです。ここでは簡略化ジオメトリのAu基板上にパターン化され、ニューロンの数が少ないの成長との接続のための新たなルールを記述するために開始します。これらの研究は、そのままシステムに存在する組織の機能を決定するメカニズムに新たな洞察を得ることができます。我々は、これらの表面上に正確に位置とニューロンの成長を制御するために、以前に報告された原子間力顕微鏡（AFM）ナノリソグラフィーメソッドを使用します。異なる幾何学的パラメータを持つ一連のシステムを調べることによって、我々は定量的かつ体系的に神経細胞の成長は、これらのパラメータに依存するかを分析。

半導体Nanomembraneチューブ：制御神経突起の伸長のための3次元閉じ込め

ACS Nano. Apr, 2011  |  Pubmed ID: 21366271

多くの神経培養の研究では、平らな、開いた表面上の突起の移行は、生体内で3次元（3D）微小環境を反映していません。このことを念頭に置いて、我々は、歪みシリコン（Si）とゲルマニウム（Ge）ナノ薄膜を用いた半導体チューブの配列を作製し、一次皮質ニューロンの細胞培養の基質としてそれらを採用しています。我々の実験は、SiGe基板と真空管の製造プロセスは、ニューロン細胞の生物学的に実行可能であることを示している。我々はまた、ニューロンがあっても接着因子の不在下で、チューブ形状に惹かれ、伸長時にチューブを通過する案内することができることを確認します。チューブの開口部に近​​い個々のニューロンの選択的播種と相まって、チューブ内の成長は、単一の軸索に限定することができます。さらに、チューブの機能は、両方の物理的および電気的、自然のミエリンに似ている、それが軸索の膜で閉じ込められた3次元の接触を提供し、潜在的に細胞外液から、それを絶縁、軸索のそれに近くなるように管径を制御することが可能です。 。

樹状突起棘のPSD-95のBDNF誘発性の増加は、動的な微小管の侵入が必要です

The Journal of Neuroscience : the Official Journal of the Society for Neuroscience. Oct, 2011  |  Pubmed ID: 22031905

微小管（MTS）は、動的重合により成熟した海馬ニューロンの樹状突起棘を入力することが可能である。これらのMTの侵入が直接神経活動に関連付けられているが、その機能は不明である。ここでは、棘にMTのエントリは、シナプス後密度-95脳由来神経栄養因子（BDNF）治療後（PSD-95）タンパク質の増加を調節することがマウス海馬神経細胞で示しています。多波長全内部反射蛍光顕微鏡を用いて、我々はBDNFが平均的なMTは棘で、この効果はTrkBの受容体の活性化に依存していたその滞留時間を延長することを示している。さらに検査は棘にM​​T重合のピークが脊椎の頭の中で急速にPSD-95の増加に対応したことを明らかにした。時間が経つにつれて、BDNFの適用後ではなく、前に、MTSの標的に棘は、PSD-95の堅牢な増加を示した。逆に、MTの侵入を完全に欠いている棘はPSD-95のレベルには有意な変化は認められなかった。 MTダイナミクスの薬理学的阻害は、PSD-95のBDNF誘発性の増加を廃止した。一緒に、これらの結果は、BDNF処理後の棘内でPSD-95のよく知られている増加は樹状突起棘のMTの侵入に依存しているという仮説を支持している。したがって、我々の研究では、動的なMTSおよびシナプス後構造の間に直接リンクを提供し、樹状突起棘のMT侵攻のための機能的役割を提供します。

動的な微小管はシナプスNMDA受容体依存性の脊椎の拡大を推進

PloS One. 2011  |  Pubmed ID: 22096612

脳の中で最も興奮性シナプス端末は樹状突起棘に当たる。我々や他の最近の動的微小管（MTS）は、樹状突起軸から棘を入力することが示されている。しかし、長期的な脊椎の可塑性におけるMTSの直接的な役割が実証されてまだ持っていて、MT-脊椎の侵入が直接シナプス活性によって影響されているかどうかは依然として不明である。スパイン形態とシナプス強度の持続的な変化は、シナプスのNMDA受容体の活性化（NMDARs）によってトリガすることができ、学習と記憶のプロセスに関連付けられています。 MTSがNMDAR依存背骨の可塑性に関与しているかどうかを判断するために、我々は、シナプスのNMDARの急性活性化の前と後のライブマウス海馬錐体ニューロンではMTのダイナミクスとスパイン形態をイメージした。シナプスのNMDARの活性化は、非侵略棘よりもかなり速く、より成長を示す侵略棘で、MT-脊椎侵略と背骨の大きさの持続的な増加を促進した。さらには個々のMTの侵入が長く、次のNMDARの活性化を持続脊椎サイズの急激な増加を引き起こした。 NMDARsまたは動的MTのいずれかの阻害はNMDA受容体依存性の脊椎の成長をブロックされています。一緒にこれらの結果は、MT-背骨の侵略を積極的にシナプスNMDARsを介したシグナル伝達によって調節されることを初めて実証し、ターゲットを絞った棘の長期的な構造変化に貢献しています。