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Forscherübersichts-Proteinfamilie, die dem Gehirn hilft, Synapsen zu bilden

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Thomas Südhof, MD, Professor der molekularen und zellularen Physiologie, forderte, dass verschiedene isoforms von neurexins helfen können, verschiedene Arten der synaptischen Anschlüsse zu verursachen, nuerons ermöglichend, komplizierte Aufgaben zu tun.

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Neurologen und bioengineers bei Stanford arbeiten zusammen, um ein Geheimnis zu lösen: Wie Naturkonstruieren die verschiedenen Arten der Synapsen tut, die Neuronen, die Zellen anschließen, die Nervenantriebe, Steuermuskeln und Formgedanken überwachen.

In einem Papier veröffentlichte in den Verfahren der nationalen Akademie der Wissenschaften, Thomas Südhof, MD, Professor der molekularen und zellularen Physiologie, und Stephen-Beben, ein Professor von Biotechnik, beschreiben die Vielfalt der neurexin Familie der Proteine.

Neurexins Hilfe, zum der Synapsen zu verursachen, die Neuronen anschließen. Denken Sie an Synapsen als Schalttafeln oder Kontrollbereiche, die spezifische Neuronen anschließen, wenn diese Gehirnzellen zusammenarbeiten müssen, um eine gegebene Aufgabe durchzuführen. Neurexins Spiel eine Schlüsselrolle in der Anordnung und im Arbeiten der synaptischen Anschlüsse. Letzte Genetikstudien haben neurexins mit einer Vielzahl der kognitiven Störungen, wie Autismus und Schizophrenie verbunden.

Südhof, das den Nobelpreis 2013 in der Medizin teilte, hat die Jahre die vielen verschiedenen Formen studierend oder die isoforms, der neurexin Proteine ausgegeben. Er hat gefordert, dass verschiedene isoforms von neurexins helfen können, verschiedene Arten der synaptischen Anschlüsse mit eindeutigen Eigenschaften und Funktionen zu verursachen, und folglich Neuronen ermöglicht, so viele komplizierten Aufgaben zu tun.

Aber Südhof hatte keine Weise, genau zu wissen, wieviele isoforms von neurexins, bis er sich letztes Jahr mit Beben hinsaß, der Professor Lee-Otterson in der Schule der Technik existierten. Beben hat mit neuen Weisen vorangegangen, DNA, den Vorlagenplan der Reihe nach zu ordnen, dem Natur folgt, wenn sie Proteine bildet.

Die Studie, die in PNAS veröffentlicht wird, stellt die Resultate einer year-long Zusammenarbeit zwischen Neurologen und bioengineers dar, um besser zu verstehen, wie verschiedene neurexin Proteine das Verhalten von Synapsen und schließlich von normalen Gehirnfunktionen und die neurologischen Bedingungen wie Autismus beeinflussen.

Obwohl dieses nicht das letzte Wort auf dem Thema ist, helfen die Entdeckungen, zu belichten wie die Kopfarbeit und verbessern unser Verständnis der neurologischen Störungen.

Innerhalb der Zellen öffnet eine molekulare Maschine ein double-stranded DNA-Molekül, um ein RNS-Molekül herzustellen. Das RNS-Molekül ist eine Kopie aller genetischen Anweisungen, die in die DNA verschlüsselt werden. Aber nur spezifische Regionen dieses RNS-Moleküls enthalten Anweisungen für die Herstellung eines spezifischen Proteins. Die Zelle hat Weisen, die nicht notwendigen Regionen zu entfernen und die Proteinkodierung Regionen in ein kürzeres RNS-Molekül zu verstärken, das Kurier RNS oder mRNA genannt wird. So enthält jeder mRNA die vollen Anweisungen für die Herstellung eines spezifischen Proteins.

Zu dieses Experiment, Ozgun Gokce, einen Habilitationsgelehrten Südhofs im Labor und Barbara Treutlein, ein Habilitationsgelehrter anfangen im Labor des Bebens, extrahierte Gehirnzellen von der Stirnbeinrinde einer Maus, dann lokalisiert der RNS enthalten in diesem Gewebe.

Von dieser großen Lache von RNAs, identifizierenten sie die mRNAs für neurexins. Sie ließen jene Kuriermoleküle durch die Ausrüstung laufen, die entworfen war, um die gesamte Reihenfolge der chemischen Anweisungen für die Herstellung eines spezifischen isoform in der neurexin Familie des Proteins zu lesen.

Labor des Bebens ist an der Anwendung der neuen Instrumente geschickt, die Forschern erlauben, die lange Reihenfolge der Chemikalien in einem mRNA-Strang zu lesen und macht es möglich, damit sie genau ermitteln, welche Richtungen dieser Kurier zur Protein-bildenmaschinerie der Zelle trägt.

„Dieses Experiment könnte nicht sogar vor einigen Jahren erfolgt worden sein,“ sagte Treutlein.

Die mRNAs für neurexins sind sehr lange Ketten der Nukleotide? die Chemikalien, die genetische Informationen verschlüsseln. Erst haben Sie vor kurzem die Instrumente, die zum Ablesen der genauen Reihenfolge solcher langen Nukleotidketten fähig gewesen werden.

Die Fähigkeit, die gesamte Reihenfolge jedes mRNA zu lesen war wesentlich, weil neurexins 25 Bestandteile haben. Aber nicht alle diese Teile werden benutzt, jedes Mal wenn Neuronen eine Kopie des Proteins produzieren. Isoforms von neurexin haben verschiedene Kombinationen dieser 25 möglichen Teile. Dieses Experiment war entworfen, um zu entdecken, wieviele isoforms von neurexin existierten und wie überwiegend jedes dieser isoforms war.

Die Forscher analysierten mehr als 25.000 in voller Länge neurexin mRNAs. Sie fanden 450 Varianten. Jede Variante ließ eine oder mehrere der 25 möglichen Bestandteile aus. Die meisten diesen isoforms traten selten auf. Eine Handvoll erklärte die vorherrschenden isoforms.

Obgleich die Stanford-Wissenschaftler 25.000 mRNAs der Reihe nach ordneten, um 450 Varianten zu entdecken, glauben sie, dass, wenn sie, sogar noch mehr mRNAs der Reihe nach zu ordnen waren, sie mehr isoforms entdecken würden? ihre Schätzung ist, dass mindestens 2.500 isoforms der neurexin Familie existieren.

„Die Tatsache, dass wir sehen, also viele isoforms die Theorie stützt, die diese Proteinvarianten zur sehr großen Vielfalt der synaptischen Anschlüsse beitragen, die Neurologen beobachtet haben,“ Treutlein sagte.

Das Experiment wirft viele Fragen für zukünftige Studie auf. Zum Beispiel werden welche Aufgaben durch die vorherrschenden isoforms gegen die seltenen Varianten wahrgenommen? Wie beeinflußt die Einbeziehung oder der Ausschluss der Bestandteile dieses isoform und die Synapse, in denen es funktioniert?

„Dieses Experiment war wie ein Flug über dem Gelände,“ sagte Gokce. „Jetzt müssen wir unten gehen und die Details betrachten.“