Механическое разрывание обрывает нейронные связи у плодовой мушки

Учёные из Института нейро- и поведенческой биологии Мюнстерского университета изучали регулируемое удаление нейронных связей на модельной системе плодовой мушки Drosophila. Они обнаружили, что механические силы играют важную роль в этом процессе.

Нервные клетки общаются друг с другом через длинные отростки — аксоны и дендриты, или, в более общем смысле, нейриты. Во время развития эти отростки сначала растут и формируют связи с другими клетками, например, синапсы с другими нервными клетками. Любые нейриты, которые не образуют правильных связей или больше не нужны, удаляются корректирующим механизмом, известным как «прореживание» (pruning). Этот процесс может выглядеть радикально: иногда кажется, что нейриты отсекаются непосредственно от нервной клетки.

Исследователи под руководством доктора Себастьяна Румпфа обнаружили механизм этого отсечения. В исследовании, опубликованном в Journal of Cell Biology, команда показывает, что в сенсорных нейронах плодовой мушки Drosophila melanogaster прореживание происходит путём механического разрывания.

У плодовой мушки большое количество нейритов удаляется в ходе прореживания во время фазы куколки (метаморфоза). «Сначала нейриты становятся очень нестабильными. Это происходит из-за внутреннего механизма», — говорит Себастьян Румпф. Основная фаза прореживания совпадает с фазой, когда животное меняет форму тела, что связано с сильными сокращениями тела.

«Мы обнаружили, что эти движения создают такой стресс для хрупких нейритов, что они отрываются», — объясняет Румпф. Оторванные нейриты затем распознаются как «отходы» и удаляются окружающей тканью.

Клетки животных постоянно испытывают механические силы, на которые они могут реагировать, например, изменяя свою форму. «Удивительно мало известно о роли механических сил в нервной системе», — говорят ведущие авторы доктор Рафаэль Кремер и доктор Ниле Вольтерхофф. «Наша работа теперь показывает, как механическое растяжение может влиять на нервные клетки».

Механизм прореживания ранее был неясен, а роль механических сил не исследовалась. Вместо этого эксперты предполагали, что должен существовать механизм отсечения внутри самих нейритов. Однако эффекты, вызванные потенциальными «разрезающими» ферментами, всегда можно было лучше объяснить другими способами, поэтому механизм оставался неясным.

Продемонстрировать механические силы у куколок Drosophila сложно, потому что животных нельзя извлечь из куколочных оболочек для проведения измерений сил. Чтобы преодолеть эту проблему, Кремер и Вольтерхофф наблюдали за процессом прореживания с помощью прижизненной видеомикроскопии, снимая множество длинных видео нейритов.

Затем они доказали существование растягивающих сил с помощью анализа этих видеозаписей. Например, нейриты сначала растягивались, прежде чем оторваться, что указывало на то, что они находились под напряжением. Используя генетические манипуляции, они также могли уменьшить морфогенетические движения, что вызывало дефекты в процессе прореживания.