Ферменты, связанные с гибелью клеток, играют ключевую роль в структурной динамике аксонов нейронов

Строгая регуляция ветвления аксонов и формирования синапсов критически важна для правильного развития эмбриональной нервной системы. Нарушения в этих процессах могут приводить к нейроразвивающим и нейродегенеративным расстройствам. Исследователи из Института наук о мозге RIKEN в Вако обнаружили, что активность ферментов каспаз в зрительной системе эмбрионов рыбок данио способствует динамичному добавлению и сокращению новых кончиков ветвей на концах развивающихся аксонов.

Каспазы участвуют в форме программируемой гибели клеток, известной как апоптоз. Однако их функция в структурно сложных клетках, таких как нейроны, может варьироваться в зависимости от локализации внутри клетки.

Используя систему флуоресцентного отслеживания, чувствительную к активности каспаз, и прозрачность эмбриона данио для визуализации, учёные наблюдали высокую активность каспаз в аксонах на той стадии развития, когда аксоны зрительной системы известны своей высокой динамичностью. У эмбрионов на более поздней стадии, когда аксоны стабильны, активность каспаз в аксонах была ниже.

Исследовав места ветвления во времени, учёные обнаружили, что области, в которых вскоре возникала новая точка ветвления, демонстрировали повышенную активацию каспаз по сравнению с областями без ветвления. Снижение экспрессии каспаз в нейронах приводило к повышенной стабильности не только аксонов, но и синаптических участков внутри них. Это говорит о том, что экспрессия каспаз позволяет аксонам сохранять морфологическую гибкость.

Многие системы лиганд–рецептор, такие как лиганд Slit и его рецептор Robo, играют важную роль в регуляции морфологии аксонов во время развития. Предыдущее исследование показало, что потеря функции Slit или Robo может приводить к более стабильной аксональной морфологии, что позволяет предположить, что система Slit–Robo может модулировать сигнализацию каспаз, чтобы влиять на динамику ветвления аксонов и формирования синапсов. У эмбрионов данио со сниженной сигнализацией Slit или Robo не наблюдалось активации каспаз в точках ветвления аксонов, что подтверждает, что каспазы активируются после индукции сигналинга slit–robo.

«Нарушение регуляции активности каспаз может иметь решающее значение для начала нейродегенерации. Поэтому идентификация механизмов активации каспаз может быть важна для понимания этих расстройств», — объясняет Кэмпбелл.