Wie Ihre Gehirnschaltungen falsch verdrahtet werden
Die Forscher entdeckten, dass eine fehlerhafte Verkabelung auftritt, wenn in ein wachsendes Axon eingebettete RNA-Moleküle nicht abgebaut werden, nachdem sie Anweisungen zur Steuerung der Nervenzelle gegeben haben.
Zum Beispiel bleibt das Signal, das das Axon anweist, sich zu drehen - das nach dem Drehen verschwinden sollte - aktiv und stört neue Signale, die das Axon in andere Richtungen führen sollen.
"Das Verständnis der Grundlagen der Fehlverdrahtung des Gehirns kann Wissenschaftlern helfen, neue Therapien und Strategien zur Behebung des Problems zu entwickeln", sagte die leitende Autorin der Studie, Samie Jaffrey, M.D., Ph.D.
"Das Gehirn ist in jungen Jahren ziemlich plastisch und veränderlich. Wenn wir wissen, warum Schaltkreise falsch verdrahtet sind, können diese Pfade möglicherweise korrigiert werden, sodass das Gehirn neue, funktionale Verkabelungen aufbauen kann."
Störungen, die mit fehlerhaften neuronalen Schaltkreisen verbunden sind, umfassen Epilepsie, Autismus, Schizophrenie, geistige Behinderung sowie Spastik und Bewegungsstörungen.
Während der Entwicklung des Gehirns müssen sich Neuronen miteinander verbinden, indem sie ihre langen Axone so ausdehnen, dass sie sich berühren, erklären die Forscher. Letztendlich bilden die Neuronen einen Kreislauf zwischen dem Gehirn und dem Zielgewebe, über den chemische und elektrische Signale weitergeleitet werden.
In der neuen Studie untersuchten die Forscher Neuronen, die über das Rückenmark ins Gehirn gelangen.
"Es ist sehr wichtig, dass Axone genau im Rückenmark positioniert sind", sagte Jaffrey. "Wenn sie nicht richtig positioniert sind, bilden sie die falschen Verbindungen, was dazu führen kann, dass Signale an die falschen Zielzellen im Gehirn gesendet werden."
Die Art und Weise, wie ein Axon sein richtiges Ziel führt und findet, führt über „Wachstumskegel“, die sich an den Spitzen der Axone befinden, sagte er.
"Diese Wachstumskegel haben die Fähigkeit, die Umgebung zu erfassen, zu bestimmen, wo sich die Ziele befinden, und auf sie zu navigieren", fuhr er fort. „Die Frage war schon immer: Woher wissen sie, wie das geht? Woher kommen die Anweisungen, die ihnen sagen, wie sie ihr richtiges Ziel finden können? “
Die Forscher fanden heraus, dass im Wachstumskegel eingebettete RNA-Moleküle dafür verantwortlich sind, das Axon anzuweisen, sich nach links oder rechts, nach oben oder unten zu bewegen. Diese RNAs produzieren Antennen-ähnliche Proteine, die das Axon wie eine selbstgelenkte Rakete steuern.
"Während ein Schaltkreis aufgebaut wird, sind die RNAs in den Wachstumskegeln des Neurons größtenteils still", erklärte er. „Wir haben festgestellt, dass bestimmte RNAs nur in präzisen Stadien gelesen werden, um das richtige Protein zu produzieren, das zur Steuerung des Axons zur richtigen Zeit benötigt wird. Nachdem das Protein produziert wurde, haben wir gesehen, dass der RNA-Befehl abgebaut wird und verschwindet. “
"Wenn diese RNAs nicht verschwinden, wenn sie sollten, positioniert sich das Axon nicht richtig - es kann nach rechts statt nach links gehen - und die Verkabelung ist falsch und die Schaltung ist möglicherweise fehlerhaft", fuhr er fort.
Die Forscher haben nicht erwartet, dass sich die Kontrolle der Gehirnverdrahtung in diesen RNA-Molekülen befindet, die "ständig dynamisch umgedreht werden", sagte Jaffrey.
"Dies sagt uns, dass die Regulierung dieser RNA-Abbauwege einen enormen Einfluss auf die Gehirnentwicklung haben könnte", sagte er. "Jetzt wissen wir, wo wir suchen müssen, um diesen Prozess auseinanderzuhalten, wenn er schief geht, und um darüber nachzudenken, wie wir ihn reparieren können."
Die Studie wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Zelle.
Quelle: Weill Cornell Medical College
