Как растет аксон

На этой микрофотографии видны длинные отростки (аксоны) ганглионарных клеток сетчатки, выращенных из стволовых клеток человека. Аксоны искусственно окрашены в красный цвет, а их конусы роста (см. Growth cone) с движущимися выростами-органеллами разных типов — филоподиями (см. Filopodia) и ламеллиподиями (см. Lamellipodium) — в зеленый.

Окраска производилась методом иммунофлюоресценции: культуру клеток обработали антителами двух видов, которые при взаимодействии со специфичным антигеном активировали флюоресцентные маркеры разного цвета. Одно антитело специфично к β3-изоформе белка тубулина, формирующего микротрубочки, по которым в цитоплазме аксона к конусу роста транспортируются питательные вещества (это антитело активировало красную флюоресценцию). Другое же специфично к фибриллярной форме белка актина (F-актину), которая образуется в конусах роста (зеленая флюоресценция).

Методика выращивания искусственной сетчатки из стволовых клеток уже хорошо разработана. Вкратце ее суть состоит в помещении таких клеток в питательную среду и воздействии на них двумя комплексами химических веществ. Первый, NIM, индуцирует их развитие в сторону образования нейронов; второй, RDM, — в сторону дифференциации в разные типы клеток, формирующие между собой пространственные связи так же, как в живой сетчатке. Основу обоих комплексов составляет питательное вещество DMEM/F12, состоящее из глюкозы, аминокислот и витаминов, а также из дополнительных наборов разных аминокислот.

Однако до сих пор в научных работах на эту тему недостаточно внимания уделялось развитию ганглионарных клеток. Между тем, это единственные нервные клетки сетчатки, способные генерировать нервные импульсы. Ганглионарные клетки формируют множество отростков: короткие (дендриты) собирают информацию от биполярных клеток-посредников (связанных, в свою очередь, с фоторецепторами), длинные (аксоны) передают ее на большое расстояние в зрительный нерв. Болезни и нарушения развития, связанные с разрушением аксонов, приводят к нарушениям зрения и слепоте.

Новое исследование показало, что ганглионарные клетки дифференцируются быстрее, чем клетки других типов, и происходит это во внутреннем слое сетчатки. Включает механизм дифференциации примерно к 30-му дню развития искусственной сетчатки ген BRN3. Ученые доказали это, подсадив в культуру генетически модифицированные с помощью метода CRISPR/Cas9 стволовые клетки, начинающие флюоресцировать красным при экспрессии BRN3 (см. Систему CRISPR-CAS9 удалось заснять в действии, «Элементы», 06.12.2017).

Развитием отростков ганглионарных клеток сетчатки управляют как внутренние, так и внешние факторы. В качестве внешних выступают химические вещества, вырабатываемые другими клетками — стимулирующие рост и движение хемоаттрактанты и «отпугивающие» хеморепелленты. Ученые протестировали несколько веществ-кандидатов на роль таких стимуляторов. Самым сильным оказался эффект от воздействия на ганглионарные клетки белка нетрина-1, способность которого управлять аксональным поведением ранее уже была показана (см. Как белок нетрин подсказывает аксонам, куда им расти, «Элементы», 17.06.2014). Под его действием некоторые аксоны достигали длины 1,5 мм уже на 24-й день своего развития, что является хорошим результатом: максимальная длина аксонов ганглионарных клеток сетчатки составляет 4–5 мм.

В искусственной сетчатке агрегаты ганглионарных нейронов распространяют отростки равномерно во все стороны. В развивающемся живом организме ситуация иная: там рост аксонов направляется в сторону клеток зрительного нерва, с помощью описанного выше химического механизма. Астроциты (тип глиальных клеток) головки зрительного нерва, которая выходит в сетчатку, вырабатывают нетрин-1. Благодаря этому аксоны ганглионарных клеток растут в нужном направлении.

Однако в обоих случаях аксоны разных ганглионарных клеток сплетаются друг с другом, образуя «лучи», растущие в одном направлении — как это показано на верхней картинке. На кончиках «лучей» концентрируются конусы роста. Именно они реагируют на внешние химические факторы, определяя направление, в котором будет расти отросток. Конус роста имеет собственный цитоскелет (см. картинку дня Раскрашенный цитоскелет) на основе белка актина и подвижные отростки двух типов: ламеллоподии, осуществляющие движения конца отростка вперед, и филлоподии, поддерживающие это движение.

Установлено, что нетрин-1 значительно стимулирует активность конусов роста аксонов ганглионарных клеток. Этот белок воздействует на рецепторы, расположенные на поверхности конусов роста, что включает экспрессию отвечающих за рост и движение генов. Интересно, что у разных ганглионарных клеток набор экспрессируемых при этом генов различается. Всего этих генов 34, но по экспрессии всего шести из них клетку можно отнести к одной из пяти групп. Смысл существования этих групп пока неясен.

Исследование закономерностей развития ганглионарных клеток сетчатки и их отростков в перспективе, как надеются ученые, может помочь в борьбе с некоторыми нарушениями зрения, в том числе с помощью имплантации искусственной сетчатки, выращенной из собственных стволовых клеток человека.

Фото с сайта bpod.mrc.ac.uk.

Олег Соколенко

Axon
An axon of a multipolar neuron
Identifiers
MeSH	D001369
FMA	67308
Anatomical terminology [edit on Wikidata]

An axon (from Greek ἄξων áxōn, axis), or nerve fiber (or nerve fibre: see spelling differences), is a long, slender projection of a nerve cell, or neuron, in vertebrates, that typically conducts electrical impulses known as action potentials away from the nerve cell body. The function of the axon is to transmit information to different neurons, muscles, and glands. In certain sensory neurons (pseudounipolar neurons), such as those for touch and warmth, the axons are called afferent nerve fibers and the electrical impulse travels along these from the periphery to the cell body and from the cell body to the spinal cord along another branch of the same axon. Axon dysfunction can be the cause of many inherited and acquired neurological disorders that affect both the peripheral and central neurons. Nerve fibers are classed into three types – group A nerve fibers, group B nerve fibers, and group C nerve fibers. Groups A and B are myelinated, and group C are unmyelinated. These groups include both sensory fibers and motor fibers. Another classification groups only the sensory fibers as Type I, Type II, Type III, and Type IV.

An axon is one of two types of cytoplasmic protrusions from the cell body of a neuron; the other type is a dendrite. Axons are distinguished from dendrites by several features, including shape (dendrites often taper while axons usually maintain a constant radius), length (dendrites are restricted to a small region around the cell body while axons can be much longer), and function (dendrites receive signals whereas axons transmit them). Some types of neurons have no axon and transmit signals from their dendrites. In some species, axons can emanate from dendrites known as axon-carrying dendrites.^[1] No neuron ever has more than one axon; however in invertebrates such as insects or leeches the axon sometimes consists of several regions that function more or less independently of each other.^[2]

Axons are covered by a membrane known as an axolemma; the cytoplasm of an axon is called axoplasm. Most axons branch, in some cases very profusely. The end branches of an axon are called telodendria. The swollen end of a telodendron is known as the axon terminal which joins the dendron or cell body of another neuron forming a synaptic connection. Axons make contact with other cells – usually other neurons but sometimes muscle or gland cells – at junctions called synapses. In some circumstances, the axon of one neuron may form a synapse with the dendrites of the same neuron, resulting in an autapse. At a synapse, the membrane of the axon closely adjoins the membrane of the target cell, and special molecular structures serve to transmit electrical or electrochemical signals across the gap. Some synaptic junctions appear along the length of an axon as it extends; these are called en passant («in passing») synapses and can be in the hundreds or even the thousands along one axon.^[3] Other synapses appear as terminals at the ends of axonal branches.

A single axon, with all its branches taken together, can innervate multiple parts of the brain and generate thousands of synaptic terminals. A bundle of axons make a nerve tract in the central nervous system,^[4] and a fascicle in the peripheral nervous system. In placental mammals the largest white matter tract in the brain is the corpus callosum, formed of some 200 million axons in the human brain.^[4]

Anatomy[edit]

Axons are the primary transmission lines of the nervous system, and as bundles they form nerves. Some axons can extend up to one meter or more while others extend as little as one millimeter. The longest axons in the human body are those of the sciatic nerve, which run from the base of the spinal cord to the big toe of each foot. The diameter of axons is also variable. Most individual axons are microscopic in diameter (typically about one micrometer (µm) across). The largest mammalian axons can reach a diameter of up to 20 µm. The squid giant axon, which is specialized to conduct signals very rapidly, is close to 1 millimeter in diameter, the size of a small pencil lead. The numbers of axonal telodendria (the branching structures at the end of the axon) can also differ from one nerve fiber to the next. Axons in the central nervous system (CNS) typically show multiple telodendria, with many synaptic end points. In comparison, the cerebellar granule cell axon is characterized by a single T-shaped branch node from which two parallel fibers extend. Elaborate branching allows for the simultaneous transmission of messages to a large number of target neurons within a single region of the brain.

There are two types of axons in the nervous system: myelinated and unmyelinated axons.^[5] Myelin is a layer of a fatty insulating substance, which is formed by two types of glial cells: Schwann cells and oligodendrocytes. In the peripheral nervous system Schwann cells form the myelin sheath of a myelinated axon. Oligodendrocytes form the insulating myelin in the CNS. Along myelinated nerve fibers, gaps in the myelin sheath known as nodes of Ranvier occur at evenly spaced intervals. The myelination enables an especially rapid mode of electrical impulse propagation called saltatory conduction.

The myelinated axons from the cortical neurons form the bulk of the neural tissue called white matter in the brain. The myelin gives the white appearance to the tissue in contrast to the grey matter of the cerebral cortex which contains the neuronal cell bodies. A similar arrangement is seen in the cerebellum. Bundles of myelinated axons make up the nerve tracts in the CNS. Where these tracts cross the midline of the brain to connect opposite regions they are called commissures. The largest of these is the corpus callosum that connects the two cerebral hemispheres, and this has around 20 million axons.^[4]

The structure of a neuron is seen to consist of two separate functional regions, or compartments – the cell body together with the dendrites as one region, and the axonal region as the other.

Axonal region[edit]

The axonal region or compartment, includes the axon hillock, the initial segment, the rest of the axon, and the axon telodendria, and axon terminals. It also includes the myelin sheath. The Nissl bodies that produce the neuronal proteins are absent in the axonal region.^[3] Proteins needed for the growth of the axon, and the removal of waste materials, need a framework for transport. This axonal transport is provided for in the axoplasm by arrangements of microtubules and intermediate filaments known as neurofilaments.

Axon hillock[edit]

The axon hillock is the area formed from the cell body of the neuron as it extends to become the axon. It precedes the initial segment. The received action potentials that are summed in the neuron are transmitted to the axon hillock for the generation of an action potential from the initial segment.

Axonal initial segment[edit]

The axonal initial segment (AIS) is a structurally and functionally separate microdomain of the axon.^[6][7] One function of the initial segment is to separate the main part of an axon from the rest of the neuron; another function is to help initiate action potentials.^[8] Both of these functions support neuron cell polarity, in which dendrites (and, in some cases the soma) of a neuron receive input signals at the basal region, and at the apical region the neuron’s axon provides output signals.^[9]

The axon initial segment is unmyelinated and contains a specialized complex of proteins. It is between approximately 20 and 60 µm in length and functions as the site of action potential initiation.^[10][11] Both the position on the axon and the length of the AIS can change showing a degree of plasticity that can fine-tune the neuronal output.^[10][12] A longer AIS is associated with a greater excitability.^[12] Plasticity is also seen in the ability of the AIS to change its distribution and to maintain the activity of neural circuitry at a constant level.^[13]

The AIS is highly specialized for the fast conduction of nerve impulses. This is achieved by a high concentration of voltage-gated sodium channels in the initial segment where the action potential is initiated.^[13] The ion channels are accompanied by a high number of cell adhesion molecules and scaffolding proteins that anchor them to the cytoskeleton.^[10] Interactions with ankyrin G are important as it is the major organizer in the AIS.^[10]

Axonal transport[edit]

The axoplasm is the equivalent of cytoplasm in the cell. Microtubules form in the axoplasm at the axon hillock. They are arranged along the length of the axon, in overlapping sections, and all point in the same direction – towards the axon terminals.^[14] This is noted by the positive endings of the microtubules. This overlapping arrangement provides the routes for the transport of different materials from the cell body.^[14] Studies on the axoplasm has shown the movement of numerous vesicles of all sizes to be seen along cytoskeletal filaments – the microtubules, and neurofilaments, in both directions between the axon and its terminals and the cell body.

Outgoing anterograde transport from the cell body along the axon, carries mitochondria and membrane proteins needed for growth to the axon terminal. Ingoing retrograde transport carries cell waste materials from the axon terminal to the cell body.^[15] Outgoing and ingoing tracks use different sets of motor proteins.^[14] Outgoing transport is provided by kinesin, and ingoing return traffic is provided by dynein. Dynein is minus-end directed.^[15] There are many forms of kinesin and dynein motor proteins, and each is thought to carry a different cargo.^[14] The studies on transport in the axon led to the naming of kinesin.^[14]

Myelination[edit]

In the nervous system, axons may be myelinated, or unmyelinated. This is the provision of an insulating layer, called a myelin sheath. The myelin membrane is unique in its relatively high lipid to protein ratio.^[16]

In the peripheral nervous system axons are myelinated by glial cells known as Schwann cells. In the central nervous system the myelin sheath is provided by another type of glial cell, the oligodendrocyte. Schwann cells myelinate a single axon. An oligodendrocyte can myelinate up to 50 axons.^[17]

The composition of myelin is different in the two types. In the CNS the major myelin protein is proteolipid protein, and in the PNS it is myelin basic protein.

Nodes of Ranvier[edit]

Nodes of Ranvier (also known as myelin sheath gaps) are short unmyelinated segments of a myelinated axon, which are found periodically interspersed between segments of the myelin sheath. Therefore, at the point of the node of Ranvier, the axon is reduced in diameter.^[18] These nodes are areas where action potentials can be generated. In saltatory conduction, electrical currents produced at each node of Ranvier are conducted with little attenuation to the next node in line, where they remain strong enough to generate another action potential. Thus in a myelinated axon, action potentials effectively «jump» from node to node, bypassing the myelinated stretches in between, resulting in a propagation speed much faster than even the fastest unmyelinated axon can sustain.

Axon terminals[edit]

An axon can divide into many branches called telodendria (Greek for ‘end of tree’). At the end of each telodendron is an axon terminal (also called a synaptic bouton, or terminal bouton). Axon terminals contain synaptic vesicles that store the neurotransmitter for release at the synapse. This makes multiple synaptic connections with other neurons possible. Sometimes the axon of a neuron may synapse onto dendrites of the same neuron, when it is known as an autapse.

Action potentials[edit]

Structure of a typical chemical synapse
Postsynaptic density Voltage- gated Ca++ channel Synaptic vesicle Neurotransmitter transporter Receptor Neurotransmitter Axon terminal Synaptic cleft Dendrite

Most axons carry signals in the form of action potentials, which are discrete electrochemical impulses that travel rapidly along an axon, starting at the cell body and terminating at points where the axon makes synaptic contact with target cells. The defining characteristic of an action potential is that it is «all-or-nothing» – every action potential that an axon generates has essentially the same size and shape. This all-or-nothing characteristic allows action potentials to be transmitted from one end of a long axon to the other without any reduction in size. There are, however, some types of neurons with short axons that carry graded electrochemical signals, of variable amplitude.

When an action potential reaches a presynaptic terminal, it activates the synaptic transmission process. The first step is rapid opening of calcium ion channels in the membrane of the axon, allowing calcium ions to flow inward across the membrane. The resulting increase in intracellular calcium concentration causes synaptic vesicles (tiny containers enclosed by a lipid membrane) filled with a neurotransmitter chemical to fuse with the axon’s membrane and empty their contents into the extracellular space. The neurotransmitter is released from the presynaptic nerve through exocytosis. The neurotransmitter chemical then diffuses across to receptors located on the membrane of the target cell. The neurotransmitter binds to these receptors and activates them. Depending on the type of receptors that are activated, the effect on the target cell can be to excite the target cell, inhibit it, or alter its metabolism in some way. This entire sequence of events often takes place in less than a thousandth of a second. Afterward, inside the presynaptic terminal, a new set of vesicles is moved into position next to the membrane, ready to be released when the next action potential arrives. The action potential is the final electrical step in the integration of synaptic messages at the scale of the neuron.^[5]

Extracellular recordings of action potential propagation in axons has been demonstrated in freely moving animals. While extracellular somatic action potentials have been used to study cellular activity in freely moving animals such as place cells, axonal activity in both white and gray matter can also be recorded. Extracellular recordings of axon action potential propagation is distinct from somatic action potentials in three ways: 1. The signal has a shorter peak-trough duration (~150μs) than of pyramidal cells (~500μs) or interneurons (~250μs). 2. The voltage change is triphasic. 3. Activity recorded on a tetrode is seen on only one of the four recording wires. In recordings from freely moving rats, axonal signals have been isolated in white matter tracts including the alveus and the corpus callosum as well hippocampal gray matter.^[19]

In fact, the generation of action potentials in vivo is sequential in nature, and these sequential spikes constitute the digital codes in the neurons. Although previous studies indicate an axonal origin of a single spike evoked by short-term pulses, physiological signals in vivo trigger the initiation of sequential spikes at the cell bodies of the neurons.^[20][21]

In addition to propagating action potentials to axonal terminals, the axon is able to amplify the action potentials, which makes sure a secure propagation of sequential action potentials toward the axonal terminal. In terms of molecular mechanisms, voltage-gated sodium channels in the axons possess lower threshold and shorter refractory period in response to short-term pulses.^[22]

Development and growth[edit]

Development[edit]

The development of the axon to its target, is one of the six major stages in the overall development of the nervous system.^[23] Studies done on cultured hippocampal neurons suggest that neurons initially produce multiple neurites that are equivalent, yet only one of these neurites is destined to become the axon.^[24] It is unclear whether axon specification precedes axon elongation or vice versa,^[25] although recent evidence points to the latter. If an axon that is not fully developed is cut, the polarity can change and other neurites can potentially become the axon. This alteration of polarity only occurs when the axon is cut at least 10 μm shorter than the other neurites. After the incision is made, the longest neurite will become the future axon and all the other neurites, including the original axon, will turn into dendrites.^[26] Imposing an external force on a neurite, causing it to elongate, will make it become an axon.^[27] Nonetheless, axonal development is achieved through a complex interplay between extracellular signaling, intracellular signaling and cytoskeletal dynamics.

[edit]

The extracellular signals that propagate through the extracellular matrix surrounding neurons play a prominent role in axonal development.^[28] These signaling molecules include proteins, neurotrophic factors, and extracellular matrix and adhesion molecules.
Netrin (also known as UNC-6) a secreted protein, functions in axon formation. When the UNC-5 netrin receptor is mutated, several neurites are irregularly projected out of neurons and finally a single axon is extended anteriorly.^{[29][30][31][32]} The neurotrophic factors – nerve growth factor (NGF), brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and neurotrophin-3 (NTF3) are also involved in axon development and bind to Trk receptors.^[33]

The ganglioside-converting enzyme plasma membrane ganglioside sialidase (PMGS), which is involved in the activation of TrkA at the tip of neutrites, is required for the elongation of axons. PMGS asymmetrically distributes to the tip of the neurite that is destined to become the future axon.^[34]

Intracellular signaling[edit]

During axonal development, the activity of PI3K is increased at the tip of destined axon. Disrupting the activity of PI3K inhibits axonal development. Activation of PI3K results in the production of phosphatidylinositol (3,4,5)-trisphosphate (PtdIns) which can cause significant elongation of a neurite, converting it into an axon. As such, the overexpression of phosphatases that dephosphorylate PtdIns leads into the failure of polarization.^[28]

Cytoskeletal dynamics[edit]

The neurite with the lowest actin filament content will become the axon. PGMS concentration and f-actin content are inversely correlated; when PGMS becomes enriched at the tip of a neurite, its f-actin content is substantially decreased.^[34] In addition, exposure to actin-depolimerizing drugs and toxin B (which inactivates Rho-signaling) causes the formation of multiple axons. Consequently, the interruption of the actin network in a growth cone will promote its neurite to become the axon.^[35]

Growth[edit]

Growing axons move through their environment via the growth cone, which is at the tip of the axon. The growth cone has a broad sheet-like extension called a lamellipodium which contain protrusions called filopodia. The filopodia are the mechanism by which the entire process adheres to surfaces and explores the surrounding environment. Actin plays a major role in the mobility of this system. Environments with high levels of cell adhesion molecules (CAMs) create an ideal environment for axonal growth. This seems to provide a «sticky» surface for axons to grow along. Examples of CAMs specific to neural systems include N-CAM, TAG-1 – an axonal glycoprotein^[36] – and MAG, all of which are part of the immunoglobulin superfamily. Another set of molecules called extracellular matrix-adhesion molecules also provide a sticky substrate for axons to grow along. Examples of these molecules include laminin, fibronectin, tenascin, and perlecan. Some of these are surface bound to cells and thus act as short range attractants or repellents. Others are difusible ligands and thus can have long range effects.

Cells called guidepost cells assist in the guidance of neuronal axon growth. These cells that help axon guidance, are typically other neurons that are sometimes immature. When the axon has completed its growth at its connection to the target, the diameter of the axon can increase by up to five times, depending on the speed of conduction required.^[37]

It has also been discovered through research that if the axons of a neuron were damaged, as long as the soma (the cell body of a neuron) is not damaged, the axons would regenerate and remake the synaptic connections with neurons with the help of guidepost cells. This is also referred to as neuroregeneration.^[38]

Nogo-A is a type of neurite outgrowth inhibitory component that is present in the central nervous system myelin membranes (found in an axon). It has a crucial role in restricting axonal regeneration in adult mammalian central nervous system. In recent studies, if Nogo-A is blocked and neutralized, it is possible to induce long-distance axonal regeneration which leads to enhancement of functional recovery in rats and mouse spinal cord. This has yet to be done on humans.^[39] A recent study has also found that macrophages activated through a specific inflammatory pathway activated by the Dectin-1 receptor are capable of promoting axon recovery, also however causing neurotoxicity in the neuron.^[40]

Length regulation[edit]

Axons vary largely in length from a few micrometers up to meters in some animals. This emphasizes that there must be a cellular length regulation mechanism allowing the neurons both to sense the length of their axons and to control their growth accordingly. It was discovered that motor proteins play an important role in regulating the length of axons.^[41] Based on this observation, researchers developed an explicit model for axonal growth describing how motor proteins could affect the axon length on the molecular level.^{[42][43][44][45]} These studies suggest that motor proteins carry signaling molecules from the soma to the growth cone and vice versa whose concentration oscillates in time with a length-dependent frequency.

Classification[edit]

The axons of neurons in the human peripheral nervous system can be classified based on their physical features and signal conduction properties. Axons were known to have different thicknesses (from 0.1 to 20 µm)^[3] and these differences were thought to relate to the speed at which an action potential could travel along the axon – its conductance velocity. Erlanger and Gasser proved this hypothesis, and identified several types of nerve fiber, establishing a relationship between the diameter of an axon and its nerve conduction velocity. They published their findings in 1941 giving the first classification of axons.

Axons are classified in two systems. The first one introduced by Erlanger and Gasser, grouped the fibers into three main groups using the letters A, B, and C. These groups, group A, group B, and group C include both the sensory fibers (afferents) and the motor fibers (efferents). The first group A, was subdivided into alpha, beta, gamma, and delta fibers – Aα, Aβ, Aγ, and Aδ. The motor neurons of the different motor fibers, were the lower motor neurons – alpha motor neuron, beta motor neuron, and gamma motor neuron having the Aα, Aβ, and Aγ nerve fibers, respectively.

Later findings by other researchers identified two groups of Aa fibers that were sensory fibers. These were then introduced into a system that only included sensory fibers (though some of these were mixed nerves and were also motor fibers). This system refers to the sensory groups as Types and uses Roman numerals: Type Ia, Type Ib, Type II, Type III, and Type IV.

Motor[edit]

Lower motor neurons have two kind of fibers:

Motor fiber types

Type	Erlanger-Gasser Classification	Diameter (µm)	Myelin	Conduction velocity (meters/second)	Associated muscle fibers
Alpha (α) motor neuron	Aα	13–20	Yes	80–120	Extrafusal muscle fibers
Beta (β) motor neuron	Aβ
Gamma (γ) motor neuron	Aγ	5-8	Yes	4–24[46][47]	Intrafusal muscle fibers

Sensory[edit]

Different sensory receptors innervate different types of nerve fibers. Proprioceptors are innervated by type Ia, Ib and II sensory fibers, mechanoreceptors by type II and III sensory fibers and nociceptors and thermoreceptors by type III and IV sensory fibers.

Sensory fiber types

Type	Erlanger-Gasser Classification	Diameter (µm)	Myelin	Conduction velocity (m/s)	Associated sensory receptors	Proprioceptors	Mechanoceptors	Nociceptors and thermoreceptors
Ia	Aα	13–20	Yes	80–120	Primary receptors of muscle spindle (annulospiral ending)	✔
Ib	Aα	13–20	Yes	80–120	Golgi tendon organ
II	Aβ	6–12	Yes	33–75	Secondary receptors of muscle spindle (flower-spray ending). All cutaneous mechanoreceptors	✔
III	Aδ	1–5	Thin	3–30	Free nerve endings of touch and pressure Nociceptors of lateral spinothalamic tract Cold thermoreceptors		✔
IV	C	0.2–1.5	No	0.5–2.0	Nociceptors of anterior spinothalamic tract Warmth receptors

Autonomic[edit]

The autonomic nervous system has two kinds of peripheral fibers:

Fiber types

Type	Erlanger-Gasser Classification	Diameter (µm)	Myelin[48]	Conduction velocity (m/s)
preganglionic fibers	B	1–5	Yes	3–15
postganglionic fibers	C	0.2–1.5	No	0.5–2.0

Clinical significance[edit]

In order of degree of severity, injury to a nerve can be described as neurapraxia, axonotmesis, or neurotmesis.
Concussion is considered a mild form of diffuse axonal injury.^[49] Axonal injury can also cause central chromatolysis. The dysfunction of axons in the nervous system is one of the major causes of many inherited neurological disorders that affect both peripheral and central neurons.^[5]

When an axon is crushed, an active process of axonal degeneration takes place at the part of the axon furthest from the cell body. This degeneration takes place quickly following the injury, with the part of the axon being sealed off at the membranes and broken down by macrophages. This is known as Wallerian degeneration.^[50] Dying back of an axon can also take place in many neurodegenerative diseases, particularly when axonal transport is impaired, this is known as Wallerian-like degeneration.^[51] Studies suggest that the degeneration happens as
a result of the axonal protein NMNAT2, being prevented from reaching all of the axon.^[52]

Demyelination of axons causes the multitude of neurological symptoms found in the disease multiple sclerosis.

Dysmyelination is the abnormal formation of the myelin sheath. This is implicated in several leukodystrophies, and also in schizophrenia.^[53][54][55]

A severe traumatic brain injury can result in widespread lesions to nerve tracts damaging the axons in a condition known as diffuse axonal injury. This can lead to a persistent vegetative state.^[56] It has been shown in studies on the rat that axonal damage from a single mild traumatic brain injury, can leave a susceptibility to further damage, after repeated mild traumatic brain injuries.^[57]

A nerve guidance conduit is an artificial means of guiding axon growth to enable neuroregeneration, and is one of the many treatments used for different kinds of nerve injury.

History[edit]

German anatomist Otto Friedrich Karl Deiters is generally credited with the discovery of the axon by distinguishing it from the dendrites.^[5] Swiss Rüdolf Albert von Kölliker and German Robert Remak were the first to identify and characterize the axon initial segment. Kölliker named the axon in 1896.^[58] Louis-Antoine Ranvier was the first to describe the gaps or nodes found on axons and for this contribution these axonal features are now commonly referred to as the nodes of Ranvier. Santiago Ramón y Cajal, a Spanish anatomist, proposed that axons were the output components of neurons, describing their functionality.^[5] Joseph Erlanger and Herbert Gasser earlier developed the classification system for peripheral nerve fibers,^[59] based on axonal conduction velocity, myelination, fiber size etc. Alan Hodgkin and Andrew Huxley also employed the squid giant axon (1939) and by 1952 they had obtained a full quantitative description of the ionic basis of the action potential, leading to the formulation of the Hodgkin–Huxley model. Hodgkin and Huxley were awarded jointly the Nobel Prize for this work in 1963. The formulae detailing axonal conductance were extended to vertebrates in the Frankenhaeuser–Huxley equations. The understanding of the biochemical basis for action potential propagation has advanced further, and includes many details about individual ion channels.

Other animals[edit]

The axons in invertebrates have been extensively studied. The longfin inshore squid, often used as a model organism has the longest known axon.^[60] The giant squid has the largest axon known. Its size ranges from 0.5 (typically) to 1 mm in diameter and is used in the control of its jet propulsion system. The fastest recorded conduction speed of 210 m/s, is found in the ensheathed axons of some pelagic Penaeid shrimps^[61] and the usual range is between 90 and 200 meters/s^[62] (cf 100–120 m/s for the fastest myelinated vertebrate axon.)

In other cases as seen in rat studies an axon originates from a dendrite; such axons are said to have «dendritic origin». Some axons with dendritic origin similarly have a «proximal» initial segment that starts directly at the axon origin, while others have a «distal» initial segment, discernibly separated from the axon origin.^[63] In many species some of the neurons have axons that emanate from the dendrite and not from the cell body, and these are known as axon-carrying dendrites.^[1] In many cases, an axon originates at an axon hillock on the soma; such axons are said to have «somatic origin». Some axons with somatic origin have a «proximal» initial segment adjacent the axon hillock, while others have a «distal» initial segment, separated from the soma by an extended axon hillock.^[63]

See also[edit]

• Electrophysiology
• Ganglionic eminence
• Giant axonal neuropathy
• Neuronal tracing
• Pioneer axon

References[edit]

External links[edit]

• Histology image: 3_09 at the University of Oklahoma Health Sciences Center – «Slide 3 Spinal cord»

Развитие и рост нейрона Конус роста

Нейрон развивается
из небольшой клетки-предшественницы,
которая перестаёт делиться ещё до того,
как выпустит свои отростки. (Однако,
вопрос о делении нейронов в настоящее
время остаётся дискуссионным.) Как
правило, первым начинает расти аксон,
а дендриты образуются позже. На конце
развивающегося отростка нервной клетки
появляется утолщение неправильной
формы, которое и прокладывает путь через
окружающую ткань. Это утолщение называется
конусом роста
нервной клетки.
Он состоит из уплощенной части отростка
нервной клетки с множеством тонких
шипиков. Микрошипики имеют толщину от
0,1 до 0,2 мкм и могут достигать 50 мкм в
длину, широкая и плоская область конуса
роста имеет ширину и длину около 5 мкм,
хотя форма её может изменяться. Промежутки
между микрошипиками конуса роста покрыты
складчатой мембраной. Микрошипики
находятся в постоянном движении —
некоторые втягиваются в конус роста,
другие удлиняются, отклоняются в разные
стороны, прикасаются к субстрату и могут
прилипать к нему.

Конус роста заполнен
мелкими, иногда соединёнными друг с
другом, мембранными пузырьками
неправильной формы. Непосредственно
под складчатыми участками мембраны и
в шипиках находится плотная масса
перепутанных актиновых филаментов.
Конус роста содержит также митохондрии,
микротрубочки и нейрофиламенты, имеющиеся
в теле нейрона.

Вероятно,
микротрубочки и нейрофиламенты удлиняются
главным образом за счёт добавления
вновь синтезированных субъединиц у
основания отростка нейрона. Они
продвигаются со скоростью около
миллиметра в сутки, что соответствует
скорости медленного аксонного транспорта
в зрелом нейроне. Поскольку примерно
такова и средняя скорость продвижения
конуса роста, возможно, что во время
роста отростка нейрона в его дальнем
конце не происходит ни сборки, ни
разрушения микротрубочек и нейрофиламентов.
Новый мембранный материал добавляется,
видимо, у основания. Конус роста — это
область быстрого экзоцитоза и эндоцитоза,
о чём свидетельствует множество
находящихся здесь пузырьков. Мелкие
мембранные пузырьки переносятся по
отростку нейрона от тела клетки к конусу
роста с потоком быстрого аксонного
транспорта. Мембранный материал, видимо,
синтезируется в теле нейрона, переносится
к конусу роста в виде пузырьков и
включается здесь в плазматическую
мембрану путём экзоцитоза, удлиняя
таким образом отросток нервной клетки.

Росту аксонов и
дендритов обычно предшествует фаза
миграции нейронов, когда незрелые
нейроны расселяются и находят себе
постоянное место.

Конус роста,
удлинение аксона и роль актина

Кончик растущего
аксона удлиняется, образуя конус роста.
Рамон-и-Кахаль первым обнаружил, что
конус роста является частью аксона,
ответственной за навигацию и удлинение
его в направлении конечной цели. Конус
роста удлиняется и сокращается за счет
широких пластинок, называемых
ламмелиподиями,
и тонких, остроконечных выпячиваний,
называемых филоподиями.
Филоподии достигают размеров в несколько
десятков микрометров и могут удлиняться
и сокращаться, как бы ощупывая субстрат
во всех направлениях. Филоподии адгезируют
к определенному субстрату и тянут конус
роста в этом направлении.

Актин играет
ключевую роль в подвижности конуса
роста. Как ламеллиподии, так и филоподии
богаты филаментным актином и веществами,
ингибирующими полимеризацию актина,
такими как грибной токсин цитохалазин
В, обездвиживающий конусы роста.
Выпячивание и ретракция ламеллиподий
и филоподий, а также движение вперед
самого конуса роста, скорее всего,
управляется двумя процессами: (1)
полимеризацией и разборкой актиновых
филаментов и (2) зависимой от миозина
транслокацией актиновых филаментов
прочь от ведущего края конуса роста.
Миозин, связанный
с микротрубочками, обеспечивает движение
актиновых филаментов в направлении
назад, в то время как в филаментах
постоянно происходит процесс полимеризации
со стороны ведущего края конуса роста
и деполимеризация в центре.
Полимеризация актина в этом случае
приводит к продвижению конуса роста, в
то время как миозин обеспечивает движение
микротрубочек вперед, продвигая
центральный домен конуса роста.

Оба процесса
используют энергию гидролиза АТФ и
могут управляться белками, связывающими
актин. Кальций, протеинкиназы и другие
внутриклеточные вторичные посредники
управляют активностью актин-связывающих
белков. Например, остановка роста и
ретракция конуса роста, два частых
события в процессе роста аксонов, связаны
с входящим током кальция и увеличением
частоты кратковременных повышений
концентрации кальция в цитоплазме
клетки.

Молекулы адгезии
клетки и внеклеточного матрикса и рост
аксона

Молекулы клеточной
адгезии управляют ростом аксона,
обеспечивая наиболее благоприятное
окружение для вытягивания конуса роста.
Клеточные молекулы адгезии представляют
собой трансмембранные или связанные с
мембраной гликопротеины. Фрагменты
этих макромолекул
во многом гомологичны постоянным
фрагментам иммуноглобулинов. Эти
молекулы обеспечивают адгезию клеток
друг к другу посредством связей между
гликопротеинами.
Дополнительно присутствующей везде
молекулой клеточной адгезии является
молекула N-кадгерина, которая обеспечивает
кальций-зависимую адгезию между клетками.

В культуре клеток
синтез N-кадгерина приводит к их агрегации,
вытягиванию аксонов в сторону клеточных
субстратов, а также соединению отдельных
растущих аксонов в пучки (фасцикулы,
fascicles). Стимуляция роста аксонов молекулами
клеточной адгезии не обеспечивается
просто «липкостью» субстрата; она
управляется активацией рецепторов,
связанных с тирозинкиназой, например
рецептора к фактору роста фибробластов
(fibroblast growth factor, FGF).
Рецептор FGF включает внутриклеточный
каскад, связанный с фосфорилированием
тирозина, что приводит к удлинению
аксона. Исследования при помощи
специальных блокирующих антител
показывают, что конусы роста редко
используют только один субстрат для
своего движения; несколько типов молекул
адгезии клетки и внеклеточного матрикса
могут обеспечивать рост нервных отростков
у определенных типов нейронов. Например,
для полного ингибирования роста аксонов
в сторону шванновской клетки необходимо
применять одновременно антитела к
нескольким факторам роста.

Итак, рост аксона,
его движение вдоль клеток определяется
различными ростовыми и ингибирующими
факторами, которые синтезируются
клетками и встраиваются в их мембраны.
, но каким же образом регулируется
направление роста аксонов? В этой
проблеме пока больше вопросов, чем
ответов, хотя некоторые факты уже можно
считать установленными. Оказалось, что
когда расстояние между телом нейрона
и его мишенью очень короткое конусы
роста аксонов следуют по градиенту
концентрации некоторых молекул,
вырабатываемых клетками-мишенями.

В противоположность
этому, способность аксонов, например,
спинальных мотонейронов расти в
направлении конечностей не зависит от
наличия мышечной клетки-мишени. Это
было показано путем удаления в раннем
периоде сомита, из которого развивается
мускулатура конечностей. Аксоны
мотонейронов направляются нормально
из спинного мозга, врастают в конечность
и образуют мышечные нервы, даже в
отсутствие мышцы. Таким образом, факторы,
которые управляют ростом аксонов
мотонейронов к определенной мишени на
конечности, не выделяются мышцами, с
которыми аксоны в конечном итоге образуют
связи. Когда
дистанция от нейрона до его цели
составляет больше чем несколько сотен
микрон, его путь обозначен специальными
промежуточными целями. Например, конус
роста, идущий от сенсорной клетки
конечностей у развивающегося кузнечика,
делает несколько резких поворотов на
своем пути в ЦНС). Эти повороты происходят
в тот момент, когда конус роста касается
так называемых клеток-ориентиров.
Такое поведение указывает на наличие
взаимодействия с клетками-ориентирами,
ответственными за перенаправление
конусов роста. Этими клетками чаше всего
являются незрелые нейроны. Эти
взаимодействия можно продемонстрировать
при помощи удаления клеток-ориентиров
лучом лазера до того, как их достигнет
конус роста. В этом случае не происходит
соответствующего изменения в траектории
движения конуса роста. Установлено, что
аксоны образуют кратковременные
синаптические контакты с клетками-ориентирами
во время развития. Например, аксоны
нейронов из ядра ЛКТ в зрительной системе
млекопитающих достигают развивающуюся
корковую пластинку раньше, чем образуются
их синаптические мишени — пирамидные
клетки слоя 4. Поэтому аксоны ядра ЛКТ
образуют синапсы с нейронами подпластинки,
которые образуются в раннем эмбриогенезе.
Нейроны подпластинки лежат под
развивающейся корковой пластинкой, и
им суждено исчезнуть вскоре после
рождения. Через нескольких недель, когда
пирамидные клетки слоя 4 достигают
своего месторасположения в коре, аксоны
из ЛКТ разрывают свои связи с нейронами
подпластинки и направляются в кору,
чтобы образовать связи, характерные
для взрослого животного. Если нейроны
подпластинки удалить в раннем периоде
развития местной аппликацией нейротоксинов,
аксоны ядра ЛКТ прорастают за пределы
развивающейся зрительной коры и не
могут образовать синаптических связей
со своими мишенями.

Гибель нейронов

Удивительной
особенностью развития нервной системы
является то, что многим ее нейронам
суждено погибнуть во время развития. У
беспозвоночных интенсивная гибель
нейронов сопровождается стремительными
изменениями, происходящими во время
метаморфоза, и регулируется гормонами.
Однако в развивающейся ЦНС как позвоночных,
так и беспозвоночных гибель клеток
происходит также и в отсутствие
значительных морфологических изменений.

Эксперименты,
выполненные Гамбургером и Леви-Монтальчини,
впервые выявили запрограммированную
гибель нейронов эмбрионов позвоночных,
а также показали, что степень гибели
клеток может зависеть от размеров
ткани-мишени. Они показали, например,
что в развивающейся конечности в то
время, когда формируются первые
синаптические связи с миофибриллами,
от 40 до 70 % мотонейронов, которые послали
аксоны в эту конечность, погибают.
Имплантация дополнительной конечности
уменьшает долю погибающих мотонейронов,
а удаление одного из зачатков конечностей
приводит к увеличению числа гибнущих
клеток, что дает основания для
предположения, что мотонейроны конкурируют
за некие трофические вещества, выделяемые
тканью-мишенью.

Избыточная продукция
нейронов, после которой следует период
гибели клеток, является характерной
чертой развития нервной системы
позвоночных. Некоторые из нейронов,
которые погибают, возможно, не смогли
образовать синапсов, или образовали их
с неподходящей клеткой-мишенью. В
подобных случаях гибель клеток связана
с особенностью иннервации. Однако
большинство клеток, которые гибнут,
достигают и иннервируют правильные
клетки-мишени. Таким образом, гибель
клеток является основным механизмом,
который поддерживает равновесие между
количеством нейронов и их мишеней.

Неожиданной
находкой явилось то, что ингибиторы
образования м-РНК или синтеза белка в
нейронах предотвращали их гибель.
Результаты этих и более поздних
экспериментов показали, что гибель
нейронов типично происходит путем
апоптоза. Апоптоз
— это процесс, который активирует
внутреннюю «суицидальную» программу
клетки, которая приводит к упорядоченному
(запрограммированному) распаду ДНК и
белков в клетке. Существенно, что для
этого необходим предварительный синтез
протеолитических ферментов или их
активаторов.

Развитие синапсов

Многие исследования
функции и формирования синапсов были
сфокусированы на нейромышечных синапсах
— синапсах между двигательными нейронами
и скелетными мышцами, из-за их относительной
доступности и простоты. Они показали,
что формирование синапсов нуждается в
сложном обмене информацией между
нейроном и его мишенью, это делает
возможным взаимное распознавание и
инициирует сигнальные каскады, которые
ведут к дифференцировке и формированию
пресинаптических и постсинаптических
участков мембраны со всем комплексом
структур, необходимых для передачи
импульса возбуждения. Полученная
информация с достоверностью показала,
что принципиальной разницы между
процессами формирования нервномышечных
и центральных синапсов нет. Следовательно
нейромышечные синапсы могут рассматриваться
как хорошая модель синапсов.

Во время развития
аксоны от двигательных нейронов выходят
из спинного мозга и проводятся к своим
мишеням с помощью клеточных и молекулярных
сигналов, которые могут или привлекать
или отталкивать их. Оказавшись в
непосредственно близи к мишени, аксон
замедляет рост и в конечном итоге
останавливается. Кончик аксона
контактирует с мишенью и тем самым
инициируется дифференцировка
пресинаптических окончаний.

Комплекс
последовательных событий запускается
уже при первом контакте врастающего
аксона с растущей мышцей. Когда аксон
впервые достигает мышечной массы,
миобласты всё ещё сливаются вместе,
заканчивая формирование первичных и
вторичных миобибрилл. Одним из наиболее
важных событий, которое следует сразу
после контакта аксона с дифференцирующимся
мышечным волокном, является быстрый
сбор (в течение минут) до этого
диспергированных ацетилхолиновых
рецепторов под формирующимся нервным
окончанием. Эта быстрая агрегация
холинорецепторов является характерной
особенностью образования синапса.

Установлено, что
синаптическая базальная мембрана
содержит в виде различных белков всю
информацию, необходимую для запуска и
управления всеми аспектами образования
синапса. Одним из белков, запускающих
агрегацию холинорецепторов, является
агрин.
Этот белок синтезируется и в мышцах и
нервах, секретируется и проникает в
базальную мембрану. Описано несколько
форм агрина, однако только тот, который
синтезируется в двигательных нейронах
эффективно собирает холинорецепторы
постсинаптической мембраны точно на
вершинах складок постсинаптической
мембраны в непосредственной близости
от места выделения медиатора, так же
собирает в комплексы натриевые каналы,
активирует синтез холинэстеразы.

Уменьшение числа
связей и исчезновение полинейрональной
иннервации

После того как
популяция нейронов, иннервирующих
определенную мишень, уменьшается
благодаря гибели клеток, оставшиеся
нейроны конкурируют друг с другом за
синаптическую территорию. Это
конкурирование обычно приводит к потере
некоторых первично образованных веточек
и синапсов («обрезка»). Уменьшение числа
связей обеспечивает механизм для
формирования правильной и полной
иннервации мишени определенной популяцией
нейронов. В некоторых случаях механизм
уменьшения числа связей также обеспечивает
механизмы коррекции ошибок; в других
случаях он отражает стратегию поиска
пути аксоном.

Особо яркий пример
конкурентного уменьшения числа связей
можно увидеть в развивающейся скелетной
мышце. У взрослых животных каждый
мотонейрон иннервирует группу до 300
мышечных волокон, формируя двигательную
единицу , но каждое мышечное волокно
иннервируется только одним аксоном.
Однако в развивающейся мышце мотонейроны
бурно ветвятся, так что каждое мышечное
волокно в итоге иннервируется аксонами
от нескольких мотонейронов, что называется
полинейрональной иннервацией. В каждом
развивающемся мышечном волокне
синаптические окончания всех аксонов
разбросаны вокруг одного участка, вблизи
скоплений рецепторов АХ и других
компонентов постсинаптического аппарата.
По мере развития веточки аксонов
исчезают, что приводит в конечном итоге
к формированию взрослого паттерна. Этот
процесс не вызывает гибель клетки
(которая обычно происходит на более
ранних стадиях развития), а только
уменьшение количества мышечных волокон,
иннервируемых каждым из мотонейронов.

НЕРВНЫЕ ЦЕНТРЫ
— совокупность
нервных клеток, «ансамбль» нейронов,
которые включаются в регуляцию
определенной функции или в осуществление
конкретного рефлекторного акта.

Свойства нервных
центров мы подробно разберем позднее,
а пока отметим лишь функциональное
значение центров. В нервном центре
происходит интеграция всей
поступающей по афферентным путям
информации, а из центра поступает
команда к действию.

Центры рефлексов
могут быть расположены в любом отделе
ЦНС. В
зависимости от расположения нервных
центров
различают рефлексы СПИНАЛЬНЫЕ — нервные
центры находятся в сегментах спинного
мозга, БУЛЬБАРНЫЕ — в продолговатом
мозге, МЕЗЭНЦЕФАЛЬНЫЕ — в структурах
среднего мозга, КОРТИКАЛЬНЫЕ — в
различных областях коры большого
мозга. Например, одергивание руки при
ожоге – спинальный рефлекс.

В соответствии
с выполняемой функцией
среди нервных центров можно выделить
чувствительные центры, центры вегетативных
функций, двигательные центры. Кроме
того, можно выделить структурно
организованные центры, которые регулируют
определенную функцию: сосудодвигательный
центр, дыхательный центр, центр
слюноотделения. Центры регуляции
вегетативных функций представлены в
таблице 3.

Таблица 3

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #

  30.03.201543.08 Mб39Марк Бирс Руководство по медицине.djvu

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Клетки общаются друг с другом с помощью химических сигналов.

Выделяя те или иные вещества, клетка может «подзывать» к себе другие клетки либо «отпугивать» их, сообщать им различные сведения, «звать на помощь» клетки иммунной системы в случае атаки патогенов. Химическое общение между клетками играет важнейшую роль во множестве клеточных процессов. Мы рассмотрим подробно один из таких процессов — аксональное наведение — и роль в нем «химической подсказки» — белка нетрина. Связываясь с разными рецепторами, нетрин образует совершенно разные комплексы, что приводит к разным каскадам реакций, которые могут по-разному поворачивать конус роста аксона.

Аксональное наведение — это сложный процесс, в результате которого аксон прорастает в нужное место, а не куда попало. Нечего и говорить о том, какая тут нужна точность — представьте себе, например, путешествие аксона от спинного мозга до пятки. Или — менее наглядный, но более важный пример — образование правильных связей между нейронами в головном мозге, без которого мозг работать не будет (о том, насколько это сложно, запутанно и интересно, можно прочесть в статье Blue Brain Project: как все связано?).

Самый кончик аксона — конус роста — чрезвычайно подвижное и, можно сказать, любопытное образование. Он нашпигован рецепторами к так называемым «химическим подсказкам» — веществам, которые окружают аксон снаружи и сообщают, куда ему расти. Предполагается, что связывание рецептора на конусе роста с химической подсказкой вызывает каскады реакций, приводящие к перестройке цитоскелета и повороту конуса роста — а значит, к изменению направления роста аксона. Так и представляешь себе, как конус роста «ловит» сигналы от разных подсказок, вертится из-за этого в разные стороны и наконец, выбрав итоговое направление, поворачивает туда весь аксон.

Химические подсказки могут находиться на поверхности окружающих аксон клеток или выделяться этими клетками в окружающую среду. Если они прикреплены к поверхности клеток, то могут действовать только при непосредственном соприкосновении этих клеток и конуса роста; если же они выделяются в окружающую среду, то дальность их действия повышается. Большинство химических подсказок играет роль не только в аксональном наведении, но и в других процессах, например в прорастании кровеносных сосудов — ангиогенезе.

Есть несколько классов химических подсказок:

— Семафорины (от слова «семафор») — могут как выделяться окружающими нейрон клетками, так и находиться на их поверхности. Они в основном отталкивают, «отпугивают» аксоны, не позволяя им прорасти в неподходящие для этого области.

— Нетрины (от санскритского «netr» — проводник) — выделяются окружающими аксон клетками и могут как привлекать аксоны, так и отпугивать их

— Слиты (см. Slit-Robo) — выделяются окрестными клетками и, связываясь с Robo-рецепторами, отпугивают аксоны.

— Эфрины — находятся на поверхности окружающих аксон клеток. Эти молекулы-перевертыши могут быть одновременно и лигандами, и рецепторами. Соединяясь с эфриновыми рецепторами на конусе роста, они могут как привлекать, так и отпугивать нейроны; в то же время, соединение их с этими самыми эфриновыми рецепторами может приводить и к изменениям внутри тех клеток, на поверхности которых находятся сами эфрины.

— Молекулы клеточной адгезии — находятся на поверхности почти всех клеток организма и связывают их друг с другом и с внеклеточным матриксом. Они важны не только для аксонального наведения, но и для множества других процессов: без них наш организм вообще распался бы на отдельные клетки.

— А также другие, чуть менее специализированные молекулы.

Как вы уже, наверное, заметили, некоторые из вышеописанных молекул выполняют только одно действие — например, только отпугивают аксон, в то время как другие умеют и привлекать, и отпугивать аксоны в зависимости от конкретных условий, прежде всего от наличия на поверхности конуса роста тех или иных рецепторов. В результате аксон, на конусе роста которого находятся «привлекательные» рецепторы к этой молекуле, прорастет туда, где находится данная химическая подсказка, а аксон, на конусе роста которого рецепторы «отталкивающие», будет избегать места с этой подсказкой как чумы. Причем вокруг конуса роста много разных подсказок, а на самом конусе много разных рецепторов, и в результате все полученные сигналы суммируются, и аксон прорастает туда, куда ему показывает итоговый вектор.

Большая интернациональная группа ученых задалась целью подробней исследовать один из классов химических подсказок — нетрины — и разобраться на молекулярном уровне, как этим молекулам удается так противоположно действовать на аксоны. Сама по себе работа не представляет особого интереса для широкой публики, но на ее примере хорошо видны правила, по которым взаимодействуют друг с другом белки, и то, как эти взаимодействия могут влиять на жизнь клетки.

В работе рассматривались:

— Нетрин-1 (рис. 1) — один из главных нетринов. У мыши состоит из 603 аминокислот, у человека — из 604. Имеет три домена — ламининовый N-концевой, или LN (см. Laminin N-terminal); ламининовый EGF-подобный (см. EGF-like domain), состоящий из трех модулей, посередине; и маленький положительно заряженный LC-домен на C-конце.

— DCC — его «привлекательный» рецептор. Связывается с LN-LE доменами нетрина-1 посредством своих фибронектиновых доменов III типа (см. Fibronectin type III domain).

— Неогенин (см. статью N. H. Wilson, B. Key, 2007. Neogenin: One receptor, many functions) — многофункциональный рецептор, имеющий некоторое структурное сходство с DCC. Возможно, играет роль и в аксональном наведении за счет связывания с нетрином-1.

— Unc5 — «отталкивающий» рецептор нетрина-1.

Нетрин-1 образует тетрамерный комплекс с неогенином

Одна молекула нетрина в принципе не в состоянии связаться с одной молекулой неогенина: линкер между нетринсвязывающими доменами неогенина не может так растянуться, чтобы прилипнуть к нужным доменам нетрина. Поэтому нетрины-1 образуют с рецепторами комплексы, в которых несколько нетринов связываются с несколькими молекулами рецепторов. Комплекс, который нетрин-1 образует с неогенином, состоит из двух молекул нетрина и двух молекул рецептора. Нетрин при этом практически не меняет свою конформацию по сравнению со свободным состоянием. Два нетрина встают крест-накрест и сцепляются своими срединными LE-2 доменами, а к их концам присоединяются два параллельно расположенных неогенина (рис. 2).

Нетрин-1 связывается с DCC

У DCC линкерный (соединяющий два домена) регион между доменами FN4 и FN5 короче, чем у неогенина, и потому он не может связываться с нетрином-1 в такой красивый тетрамерный комплекс, как неогенин. Вместо этого нетрины и DCC чередуются в длинных (теоретически — бесконечных) цепочках (рис. 3). При этом молекулы DCC в этих цепочках расположены параллельно друг другу, так же, как и молекулы неогенина в вышеописанном комплексе.

Другие возможности

Исследователи предположили, что, поскольку связи между нетрином-1 с DCC и нетрином-1 с неогенином практически идентичны, возможна ситуация, когда нетрин одним концом сцепляется с одним своим рецептором, а другим — с другим. Кроме того, не будем забывать и об «отталкивающем» рецепторе для нетрина-1 — Unc-5. Судя по всему, он присоединяется к LE2-домену нетрина (см. статью R. P. Kruger et al., 2004. Mapping Netrin Receptor Binding Reveals Domains of Unc5 Regulating Its Tyrosine Phosphorylation). В результате помимо двух вышеописанных структур могут получаться другие, в которых нетрины, неогенины, DCC и UNC5 слипаются друг с другом в самых причудливых сочетаниях, что приводит к самым разнообразным последствиям: различные изменения конформации рецептора приводят к разным каскадам реакций, которые могут совершенно по-разному поворачивать конус роста аксона. Похожим образом могут работать и другие сигнальные молекулы, чьи эффекты отличаются в зависимости от того, на какие рецепторы им довелось попасть.

http://elementy.ru/news/432271

Аксон – это тонкое волокно который простирается от нейрона или нервной клетки и отвечает за передачу электрических сигналов, помогающих сенсорному восприятию и движению. Каждый аксон окружен миелиновой оболочкой, жировым слоем, который изолирует аксон и помогает ему передавать сигналы на большие расстояния.

Точно так же За что отвечают аксоны? аксон, также называемый нервным волокном, часть нервной клетки (нейрона), которая проводит нервные импульсы от тела клетки.

Куда идут аксоны? Один аксон со всеми его ветвями, взятыми вместе, может иннервировать несколько частей мозга и генерировать тысячи синаптических окончаний. Пучок аксонов образует нервный тракт в центральной нервной системе и пучок в периферической нервной системе..

Кроме того, какой длины могут быть аксоны?

В зависимости от типа нейрона аксоны сильно различаются по длине — многие из них всего миллиметр или около того, но самые длинные из них, такие как те, которые идут от головного мозга вниз по спинному мозгу, могут простираться на более метра.

Как растут аксоны?

Во время развития центральной нервной системы (ЦНС) нейроны поляризуются и быстро расширяют свои аксоны, чтобы собрать нейронные цепи. Конус роста ведет аксон к цели и стимулирует рост аксона.

Что находится на конце каждого аксона? Концевые ветви аксона называются телодендриями. Вздутый конец телодендрона известен как терминальный аксон который присоединяется к дендрону или телу клетки другого нейрона, образуя синаптическую связь.

Что происходит при повреждении аксонов? При повреждении аксона лазером он посылает сигналы окружающим тканям для «очистки», вызывая высвобождение белков, которые ускоряют дегенерацию аксона.. Если предотвратить появление таких молекул, это может замедлить прогресс и степень повреждения нервов.

Какой длины могут быть аксоны? Аксоны являются первичными линиями передачи нервной системы, и в виде пучков они образуют нервы. Некоторые аксоны могут расширяться до метра и более в то время как другие простираются всего на один миллиметр.

Как выглядит аксон?

Аксон выглядит так длинный хвост и передает сообщения из ячейки. Дендриты выглядят как ветви дерева и принимают сообщения для клетки.

Как нейроны отправляют сообщения? Нейроны общаются через синапс

Информация от одного нейрона поступает к другому через небольшую щель, называемую синапсом (SIN-aps). В синапсе электрические сигналы преобразуются в химические, чтобы пройти через щель. Оказавшись на другой стороне, сигнал снова становится электрическим.

Какие 3 типа нейронов?

Что касается спинного мозга, мы можем сказать, что существует три типа нейронов: сенсорные, моторные и интернейроны.

• Сенсорные нейроны. …
• Моторные нейроны. …
• Интернейроны. …
• Нейроны в головном мозге.

Какого цвета аксон? Цвет. Мы используем черно-белый в качестве основных цветов нашего бренда, чтобы создать уверенную и последовательную эстетику во всем бренде. Наш вторичный цвет, желтый аксон, связан с общественной безопасностью.

Почему аксоны такие длинные?

Аксоны должны быть длинными. чтобы добраться до каждой части вашего тела из центральных регулирующих мест в головном мозге и позвоночнике. Итак, представьте, что вы хотите пошевелить большим пальцем ноги. Ваш мозг пошлет сообщение через ряд нервных клеток вплоть до окончания спинного мозга.

Сколько миль аксонов в мозгу?

Примерно 86 миллиардов нейронов человеческого мозга, вероятно, связаны чем-то вроде 850,000 км аксонов и дендритов.

Можно ли вырастить новые аксоны? Это критический, хотя и оставшийся без ответа вопрос в исследованиях роста и регенерации аксонов. Эмбриональные нейроны ЦНС могут довольно легко регенерировать свои аксоны, но они теряют способность к регенерации с возрастом. (Шваб и Бартольди, 1996; Фосетт, 1997).

Как я могу улучшить свой аксон? Поэтому необходимо разработать стратегии улучшения регенерации аксонов в центральной нервной системе, чтобы обеспечить заживление. Миелинобразующие клетки являются ключевыми в процессе регенерации аксонов. Многие аксоны покрыты миелином, который служит защитным слоем, а также обеспечивает быструю и эффективную передачу сигнала.

Насколько растут аксоны в месяц?

Аксональные отростки растут от проксимальной к дистальной культе со скоростью примерно 1-2 мм/день (или примерно 1 дюйм/месяц).

Какое химическое вещество высвобождается из окончания аксона? Медиаторы упакованы в синаптические везикулы, которые группируются под терминальной мембраной аксона на пресинаптической стороне синапса. Аксональные окончания специализируются на высвобождении нейротрансмиттеров пресинаптической клетки.

Как аксоны передают информацию?

Аксоны соединяются с другими клетками тела, включая другие нейроны, мышечные клетки и органы. Эти соединения происходят в соединениях, известных как синапсы. Синапсы позволяют электрические и химические сообщения, которые должны передаваться от нейрона к другим клеткам тела.

Какие аксоны наиболее чувствительны к лекарствам? Центральные аксоны готовятся к миелинизации высокочувствительны [скорректированы] к ишемическому повреждению.

    Фактор роста нерва также стимулирует поглощение уридина, образование полисом, синтез белков, липидов, РНК и потребление глюкозы. Благодаря этому он способствует росту и выживанию симпатических и сенсорных нейронов. NGF активирует рост аксонов и дендритов, осуществляя контроль за сборкой микротрубочек. Если антитела против NGF вводятся мыши, ее симпатическая нервная система дегенерирует. Роль NGF как трофического фактора можно проиллюстрировать на примере его способности индуцировать тирозингидроксилазу — ключевой фермент синтеза катехоламинов. [c.327]

    Как же создается правильная система связей Не определяется ли продвижение конусов роста к разным местам назначения просто различием в их исходной позиции Эту гипотезу можно проверить, выяснив, какие соединения образуются в условиях, когда исходные позиции изменены. Например, на ранних стадиях развития куриного зародыша, пока еше не начался рост аксонов, можно вырезать кусочек нервной трубки и перевернуть ее на 180° (рис. 18-74). Тогда нейроны, изначально предназначенные для иннервации мышцы А, окажутся на месте нейронов для мышцы Б, и наоборот. В этом случае, если только перемещение не слишком велико, конусы роста перемещенных нейронов хотя и будут двигаться по измененным путям, но все же придут к мышцам, соответствующим первоначальному положению нейрона в нервной трубке. Это означает, что нейроны, предназначенные для иннервации разных мышц, не эквивалентны (см. разд 15.5.7) они различаются не только по своему расположению, но и по каким-то внутренним химическим особенностям, определяющим специфический выбор мишени. В таких случаях говорят, что схема связей находится под контролем нейронной специфич- [c.142]

    В течение жизни одни синапсы могут исчезать, а другие-создаваться заново. Такие изменения проще всего наблюдать в нервно-мышечной системе позвоночных. Если у взрослого животного перерезать нерв, иннервирующий мышцу, то отрезанная часть аксоиа дегенерирует и мышца уже не может получать входные синаптические сигналы. Однако тела мотонейронов, находящиеся в спиниом мозгу, обычно сохраняются, и нх перерезанные аксоны начинают снова расти по направлению к деиервироваийой мышце. Механизм роста аксона будет рассмотрен позже, а сейчас важно отметить, что регенерирующие аксоны, достигнув мышцы, прекращают свой рост и образуют синапсы. Хотя это происходит преимущественно в местах прежних нервно-мышечных соеди- [c.112]

    В конусах роста содержатся митохондрии, микротрубочки,. везикулы и рибосомы. Исследования методом замораживания —скалывания показали, что в конусах роста имеется мень- ше внутримембранных частиц, чем в аксонах и аксонных терминалях взрослых клеток. Конус роста — это участок клеткн, где совершаются интенсивные процессы метаболизма, происходит непрерывный синтез мембранных и других компонентов наблюдается активный перенос материалов между телом клетки. и растущим концом соответствующего аксона или дендрита. Конусы роста аксонов и дендритов имеют сходные свойства, а свойства конусов роста глиальных клеток, как считают, анало-тичны свойствам этих элементов у нейронов. Как отмечалось в главе 4, для центральной нервной системы позвоночных характерно то, что длинные аксоны мигрируют вдоль отростков радиальных глиальных клеток (это будет обсуждаться ниже и гл. 31). [c.242]

    Как указывалось ранее, аксон может преодолеть большое расстояние до своей мишени, минуя бесчисленные клетки-мишени, на которые он не реагирует. Имеются два предположения, касающиеся направленного роста, которые, опять же, не исключают друг друга либо аксон ведут микрофиламенты (но неясно, как они прокладывают такой специфичный маршрут), либо, согласно Сперри, он растет против химического градиента, создаваемого мишенью, который и есть тот специфический сигнал, сравнимый, возможно, с сигналом хемотаксиса. В любом случае аксон находит и распознает свою мишень. По селективности данный процесс аналогичен взаимодействию рецептора и лиганда или антигена и антитела однако это взаимодействие непостоянно. На пленках клеточных культур показано, что растущие нейриты находятся в постоянном движении, вырастая и снова втягиваясь, как бы проверяя и зондируя поверхность клетки-мишени перед тем, как образовать постоянный контакт. Специфичность взаимодействия также неабсолютна если клетки-мишени повреждаются, синапсы могут образоваться с клетками других типов. Вот, что обнаруживалось в экспериментах с мозжечком афферентные волокна мозжечка обычно образуют синапсы с дендритами гранулярных клеток при селективном повреждении последних они образуют функциональные синапсы с отростками клеток Пуркинье (см. также гл. 12). Генетически детерминированная химическая специфичность синапсов (жесткость), таким образом, неабсолютно выполняемое свойство оно реализуется достаточно гибко (в этом случае говорят о синаптической пластичности), что предполагает существование механизмов переориентации, возмущающих генетический пробел. При этом существенную роль играет активность или строение синапса. Важная роль сенсорного ввода при создании функциональной нервной системы была продемонстрирована выдающимися экспериментами Хубеля и Визеля на оптической системе кошки. [c.331]

    На процессы роста нейронов могут оказывать влияние многие химические агенты, которые воздействуют на мембрану или на органеллы нервной клетки. Кроме того, имеются некоторые специфические факторы, которые ускоряют рост определенных типов нейронов. Наиболее известным из них является фактор )оста нервов (ФРН). ФРН — это белок с мол. массой 130 000. Зго главная нейроактивная субъединица — полипептид, у которого аминокислотная последовательность сходна с установленной для инсулина. Это позволяет предположить, что у этих двух веществ в процессе эволюции был один общий предшественник. ФРН обычно секретируется производными нервного гребня и стимулирует рост аксонов соответствующих клеток. Он играет существенную роль в росте и созревании нейронов спинальных и симпатических ганглиев (см. рис. 10.2). Кроме того, ФРН является для экспериментатора полезным инструментом при изучении роста отростков в культурах клеток и тканей. [c.242]

    С наступлением зрелости процессы, связанные с развитием нервной системы, не прекращаются. Как уже говорилось (разд. 18.4.1), у взрослых особей нерв-но-мыщечные соединения могут регенерировать после перерезки нерва. Концы оставшихся частей аксонов, соединенных с телами нервных клеток, превращаются в конусы роста и прокладывают себе путь к денервированной мышце. Здесь они образуют синапсы главным образом в местах прежнего расположения синапсов, что определяется особенностями базальной мем- [c.145]

    Поскольку нейрон способен проводить импульсы (потенциалы действия) и с помощыо синапсов принимать и передавать сигналы, его специфическая роль определяется его связями с другими клетками. Поэтому для того, чтобы понять, как нейрон приобретает определенную функцию, необходимо рассмотреть, как он направляет свои длинные отростки к соответствующим местам назначения и каким образом устанавливает упорядоченные синаптические связи. Особое внимание исследователей привлекают две структуры конус роста, с помощью которого развивающийся отросток нервной клетки (аксон или дендрит) направляется к своей мишени, и синапс, который образуется, когда отросток достигнет цели. Конус роста играет центральную роль в образовании нервных связей. Описание поведения изолированного конуса роста послужит основой для последующего обсуждения развития нейронных систем. [c.133]

    Как правило, аксон, а затем и дендриты начинают расти от тела нервной клетки вскоре после того, как нейроны попадают на свои окончательные места Всю последовательность событий впервые наблюдали в интактной эмбриональной ткани, применяя окрашивание по Гольджи (рис. 19-60). Эта методика и другие методы, разработанные позднее, позволили выявить на конце растущего отростка нервной клетки своеобразное утолщение неправильной формы. Эта структура, называемая конусом роста, видимо, и прокладывает путь через окружающую ткань. Конус [c.350]

    И как ОНН попадают в нужные места Нервная система ставит перед нами еще одну проблему как образуются правильные соединения между нервными иетками В большинстве других областей эмбриологии можно рассматривать клетки как точечные объекты, каждый из которых занимает определенное положение и обладает определенными внутренними свойствами. Но сущ. ность нейрона в том и состоит, что он не является точечным объектом он необычайно вытянут и снабжен длинным аксоном и дендритами, соединяющими его с другими клетками. Фунющя нейронов состоит в регулировании и интеграции различных видов активности организма, и эта функщ1я определяется их соединением. Если соединения ошибочны, работа нервной системы будет нарушена. Мы уже можем объяснить, как образуются нейроны различных типов и как их тела уиадьшаются в регулярную структуру для этого мы привлекаем те же принщшы, которые применимы и к остальным системам тела. Тем не менее упорядоченный рост аксонов и дендритов и образование правильной системы синапсов представляют собой явления иного порядка. Передний конец растущего аксона или дендрита ползет примерно так же, как и мигрирующая клетка его можно назвать мигрирующим органом неподвижной клетки. И движения такого мигрирующего органа регулируются частично теми же факторами, что и движения мигрирующей клетки (контактными воздействиями и др.), но, когда мы рассматриваем его взаимоотношения с телом иетки и с другими нервными волокнами и его способность образовывать синапсы, перед нами встают новые проблемы, требующие нового подхода. Поэтому мы не будем здесь углубляться в вопросы построения нервной системы-высшего продукта индивидуального развития,-мы вернемся к этим вопросам в главе 18. [c.126]

    Антитела к N- AM нарушают нормальный ход развития сетчатки в тканевой культуре, а нри введении в развивающийся глаз нынленка препятствуют нормальному росту аксонов нервных клеток сетчатки. Как мы увидим позже (разд. 19.7.8), это позволяет предполагать, что N- AM играет важную роль в развитии центральной нервной системы, способствуя межклеточной адгезии. Кроме того, клетки нервного гребня, формирующие периферическую нервную систему, находясь в составе нервной трубки, имеют большое количество N- AM на своей поверхности и теряют его при миграции. Но когда они агрегируют, образуя ганглии, N- AM появляется вновь (см. рис. 14-56), что указывает на важную роль N-САМ в построении ганглия. N- AM экспрессируется также во время критических стадий в развитии многих ненервных тканей, где. как нолагают. эти молекулы способствуют удержанию вместе специфических клеток. [c.521]

    Как же происходит выбор пути Пе попадают ли конусы роста в разные места назначения просто в зависимости от исходной позиции, подобно автомашинам на скоростном шоссе, где запрещено менять полосу движения Чтобы проверить эту гипотезу, у раннего зародыша вырезали кусочек нервной трубки и перевертывали его на 180° еще до того, как начинался рост аксонов. Тогда мотонейроны, первоначально предназначенные для иннервации мышцы А, оказывались на месте нейронов для мышцы В, и наоборот. Как выяснилось, если перемещение не слишком велико, то конусы роста перемещенных нейронов все же приходят к мышцам, соответствующим первоначальному положению нейрона в нервной трубке, хотя для этого они вынуждены двигаться по измененным путям (рис. 19-69). Это означает, что нейроны, предназначенные для разных мышц, не эквивалентны (разд. 16.4.6) подобно нейронам головного мозга у мышей гееЫг, они различаются не только своим расположением, но и какими-то внутренними химическими особенностями. Такую неэквивалентность нейронов обычно называют иейроииой сиецифичиостью. Как уже говорилось в гл. 16, клетки соединительной ткани в различных областях зачатка конечности тоже неэквивалентны, так что различия межд> ними могли бы определять выбор того или иного пути тем или иным конусом роста [c.357]

    Как уже отмечалось, примерно 50% мотонейронов зародыша погибает вскоре после образования синаптических контактов с мышечными клетками. Такую гибель лишних нейронов можно предотвратить, блокировав нервно-мышечную передачу (например, а-бунгаротоксином), или, наоборот, усилить, подвергнув мышцу прямой электрической стимуляции. Это позволяет предполагать, что электрическая активность мышцы регулирует образование в мышце нейротропного фактора, необходимого для выживания эмбриональных мотонейронов. Этот фактор, возможно, идентичен тому фактору, который, как полагают, вызывает рост аксонных окончаний по направлению к денервированной мышце. Когда мышца бездействует в результате блокирования синаптической передачи или из-за отсутствия иннервирующих аксонов, этот фактор образуется в больших количествах как сигнал о том, что клетка нуждается в иннервации. Электрическая активация мышцы под действием искусственных стимулов или в результате спонтанного возбуждения иннервирующих ее мотонейронов подавляет образование фактора, и часть незрелых мотонейронов зародыша гибнет в конкуренции за его оставшиеся малые количества. [c.367]

    Искуственным путем, напыляя на стеклянную или пластиковую подложку очень тонкий слой металла, можно получить поверхность с плавно изменяющейся адгезионной способностью. При культивировании клеток на такой поверхности они явно предпочитают более липкие металлизированные участки. Было показано, что фибробласты мигрируют в сторону повышения адгезионных свойств поверхности эти же свойства в аналогичном эксперименте определяют направление роста аксонов у культивируемых нервных клеток. Реакцию клеток на локальные различия в адгезионной способности субстрата можно объяснить сократительными свойствами цитоскелета. Образуемые мигрирующей клеткой длинные тонкие микрошипы содержат рыхлый пучок актиновых филаментов и в некоторой мере способны сокращаться. Они, например, могут захватывать мельчайшие твердые частицы и доставлять их клетке. Поэтому кажется вероятным, что эти структуры могут оценивать адгезионные свойства среды, окружающей клетку, путем пробных сокращений, выполняя, таким образом, функции сенсорных образований (рис. 10-81). [c.131]

    Г. Если бы вы могли вводить в нервные клетки тубулин, конъюп рованный с биотином, то какую картину движения меченог сегмента микротрубочек по аксону следует ожидать в ooi ветствии с первой и второй гипотезами о росте аксонов  [c.214]

    Фактор роста нервов (NGF) был открыт в 40-50-е годы, благодаря работам Виктора Гамбургера и Риты Леви-Монтальчини. Оказалось, что если эмбриональный спинальный или симпатический нервный ганглий культивировать рядом с кусочком саркомной ткани, то наблюдается резкая интенсификация роста аксонов ганглия уже через 18 часов ин-кубащш. В контрольном ганглии через этот промежуток времени рос- [c.141]

    Динамичные выступы клеточной поверхности с актиновыми филаментами внутри — весьма обычная черта животных клеток, особенно тех, которые в данный момент мигрируют или изменяют свою форму. Культивируемые клетки, например, часто образуют множество тонких жестких выростов толщиной около 0,1 мкм и длиной 5-10 мкм, называемых микрошипами, которые содержат рыхлые пучки примерно из 20 актиновых филаментов, ориентированных плюс-концами наружу. Растущий конец аксона нервной клетки-конус роста — выпускает еще более длинные микрошипы — филоподии, длина которых может достигать 50 мкм (разд. 19.7.7). Эти выступы клеточной поверхности весьма подвижны, они могут очень быстро появляться и исчезать. Видимо, они действуют подобно щупальцам, которыми клетка исследует окружающее пространство те микрошипы, которые прочно прикрепляются к какому-то субстрату, направляют движущуюся клетку к этому более адгезивному участку, а те, которым прикрепиться не удалось, перемещаются. по верхней стороне клетки назад и там втягиваются. [c.285]

    Цитоплазма нейрона находится в постоянном движении. Это движение, называемое аксональным транспортом, осуществляет функциональную связь между телом клетки и ее ядром, с одной стороны, и нервным окончанием, с другой стороны, часто находящемся на расстоянии 1 м и даже более. Аксональный транспорт обусловливает рост и функциональную активность аксона, его регенерацию после очаговых поражений и адаптацию синаптической активности. Различают антеро- и ретроградный аксональный транспорт, так что различные компоненты могут проходить не только от тела клетки к синапсу, но и в обратном направлении. Существует медленный аксональный поток (1— 4 мм/сут), промежуточный (15—50 мм/сут) и быстрый (200— 400 мм/сут). Каждый вид молекул переносится с характерной для него скоростью. Тубулин, субъединицы нейрофиламентов, актин и миозин транспортируются медленно митохондрии с промежуточной скоростью мембранные белки, гликопротеины, гликолипиды, ферменты синтеза медиаторов и медиаторы — быстро. ДНК, РНК н ганглиозиды не транспортируются. Ретроградный транспорт удаляет продукты деградации синапсов, переносит ферменты, а также субстраты, поглощенные пресинаптической мембраной, например фактор роста нервов, токсин столбняка и нейротропные вирусы. [c.316]

    Для большей ясности на рисунке слои миелина прилегают друг к другу ие та плотно, как в действительности (см. Д). Б. Схематическое изображение шванновс-10Й клетки на начальной стадии образования спирали миелина вокруг аксона во время его развития. Обратите внимание на то, что наматывание мембраны шванновской клетки на аксон осуществляется за счет роста внутреннего края (помеченного стрелкой). В. Схематическое изображение олигодендроцита, который формирует миелиновые оболочки в центральной нервной системе. Один олигодендроцит миелинизи-рует несколько разных аксонов. [c.91]

    Зрелый нейрон развивается из относительно небольшой клетки-предше-ственницы, которая перестает делиться еще до того, как выпустит свои отростки. Как правило, первым начинает расти аксон, а дендриты образуются несколько позже. Всю последовательность событий впервые наблюдали в интактной эмбриональной ткани, применяя окрашивание по Гольджи (рис. 18-62). Эта методика позволила выявить на коице развивающегося отростка нервной клетки своеобразное утолщение неправильной формы, которое, видимо, и прокладывает путь через окружающую ткань. Это и есть конус роста. [c.133]

    Ббльшая часть имеющихся в настоящее время сведений о свойствах конусов роста получена в результате изучения нервной ткани в культуре. Зародышевые нервные клетки in vitro выпускают отростки, которые трудно идентифицировать как аксоны или дендриты н которые поэтому получили нейтральное название нейритов. Конус роста на конце каждого нейрита в культуральной чашке можно сравнить с кистью руки он состоит из широкой уплощенной части нейрита, напоминающей ладонь, с множеством длинных тонких шипиков, похожих на пальцы (рис. 18-63). Эти микрошипики имеют толщину от 0,1 до 0,2 мкм и могут достигать 50 мкм в длину широкая плоская область конуса роста имеет ширину и длину около 5 мкм, хотя [c.133]

    Конус роста должен в конце концов превратиться в нечто иное. Достигнув своей мишени, он должен как-то узнать об этом здесь нужно будет сформировать синапсы и прекратить рост. Так как в теле зрелого нейрона к микро-трубочхам и нейрофиламентам продолжают присоединяться новые субъединицы и эти скелетные структуры продвигаются по нейриту вперед, для создания синаптического окончания необходимо, чтобы на конце нейрита пришла в действие молекулярная машина , разрушающая микротрубочки и нейрофиламенты сразу же при их появлении в окончании (см. гл. 10). Это изменение в поведении цитоскелета в нервном окончании должно также сопровождаться изменением в обороте материала мембраны. В развивающемся деидрите, образующем постсинаптическое окончание, экзоцитоз и эидоцитоз почти прекращаются, тогда как в развивающемся аксоне, образующем пре-синаптическое окончание, непрерывные быстрые процессы экзоцитоза и эндоцитоза, свойственные конусу роста, должны уступить место Са -зависимому экзоцнтозу и последующему поглощению выделенного вещества путем эндоцитоза, т. е. процессам, лежащим в основе синаптической передачи. [c.138]

    После того как нейрон мигрировал в надлежащее место, он посылает аксон, который должен найти путь к нужной мищенв. Так обстоит дело и с мото-иейронами, иннервирующими конечности,-как только они заканчивают ми-градюо, у них начинают формироваться конусы роста. Эти последние проходят сквозь базальную мембрану, окружающую нервную трубку, и направляются через соединительную ткань зародыша к местам развития мышц. Конусы роста движутся по строго определенным путям об этом свидетельствует точное подобие расположения нервов на двух сторонах тела (рис. 18-72). Даже чужеродные аксоны, в экспериментальных условиях врастающие в конечность в местах нормальной иннервации, используют почти в точности тот же стандартный набор путей, по которым могут свободно продаигаться конусы роста Очевидно, эти пути определяются внутренней структурой самой конечности, но молекулярная основа такой направляющей системы остается загадкой. Видимо, по таким же предопределенным путям растут аксоны и в центральной нервной системе, где эти пути, вероятно, определяются местными особенностями глиальных клеток эмбриона. [c.141]

    Поперечный срез, на котором видны миелино-вые оболочки аксонов нескольких нервных волокон. Миелиновая оболочка, состоящая главным образом из полярных липидов и некоторых белков, образована плазматической мембраной шванновокой клетки. В процессе роста шванновская клетка многократно обертывается вокруг аксона (цитоплазма ее при этом оттесняется к периферии). Образовавшаяся таким путем миелиновая оболочка играет в нервных волокнах роль изолятора и обеспечивает более быстрое проведение нервных импульсов. [c.622]

    Развитие нервной системы удобно разделить на три этапа, которые частично перекрываются. Па первом этапе нейроны образуются в соответствии с собственной программой клеточной пролиферации и вновь образуюш,иеся клетки мигрируют из мест своего рождения , чтобы упорядоченным образом расположиться в других участках. Па втором этапе от клеток отрастают аксоны и дендриты, кончики которых продвигаются с помощью конусов роста Конусы роста перемешаются по строго определенным путям, направляемые главным образом контактными взаимодействиями с поверхностью других клеток или с компонентами внеклеточного матрикса. Пейропы, предназначенные для связи с разными мишенями, ведут себя так, как если бы они обладали разными, только им присущими особенностями (нейронная специфичность), что может выражаться в различных свойствах клеточной поверхности, позволяющих конусам роста выбирать разные пути. В конце своего пути конус роста встречается с клеткой, с которой он должен образовать синапс, и оказывается под влиянием нейротропных факторов, выделяемых этой клеткой. Эти факторы регулируют ветвление аксона и передвижение конусов роста вблизи ткани-мишени и, кроме того, когггролируют выживание нейронов, которым принадлежат конусы роста. С помощью этих двух эффектов нейротропные факторы, такие как фактор роста нервов (ФРП), регулируют плотность иннервации тканей-мишеней. Па третьем этапе развития нервной системы, который будет рассмотрен в следующем разделе, образуются синапсы, а затем схема связей уточняется с помощью механизмов, зависящих от электрической активности. [c.362]

    Культуры, приготовленные непосредственно из тканей организма, с использованием первичного этапа фракционирования клеток и без оного, называют первичными культурами. В большинстве случаев клетки первичной культуры можно перенести из культуральной чашки и использовать для получения большого количества вторичных культур, которые можно последовательно перевивать в течение недель или месяцев. Часто эти клетки сохраняют признаки дифференцировки тех тканей, из которых они были получены. Так, фибробласты продолжают синтезировать коллаген, клетки скелетных мышц эмбриона сливаются, образуя гигантские мышечные волокна, которые спонтанно сокращаются в чашках для культуры тканей у нервных клеток возникают аксоны, характеризующиеся электровозбудимостью и способностью формировать синапсы с другими нервными клетками клетки эпителия формируют обширные слои, сохраняющие многие свойства интактного эпителия. Поскольку все эти события можно наблюдать при росте клеток в культуре, для их изучения используют многие методы, недоступные при работе с интактными тканями. [c.204]

    Сенсорные нейроны, иннервирующие у этих насекомых конечности, образуются у эмбриона из особых клеток в эпителии зачатков ног тела нервных клеток остаются на периферии, а аксоны прорастают в центральную нервную систему по точно определенным зигзагообразным путям. Эти пути прокладываются в каждой конечности одним или двумя аксонами-пионерами, которые можно селективно окрасить с помощью антител или путем инъекции в тело клетки флуоресцентного красителя люциферина желтого. В результате можно увидеть, что на каждом повороте пути конусы роста первопроходцев вступают в контакт со специфическими клетками, которые служат чем-то вроде дорожных указателей (рис. 19-66). Конусы роста образуют на этих клетках временные щелевые контакты если ввести в аксон краситель, то эти вспомогательные клетки тоже ярко окрасятся. Микрошипики, выпускаемые первыми конусами роста, достигают длины 50 или даже 100 мкм этого достаточно, чтобы дотянуться до следующей клетки-указателя на пути аксона. Микрошипики, вступившие в контакт с такой клеткой, стабилизируются, а остальные втягиваются обратно. Таким образом конус роста продвигается шаг за шагом к центральной нервной системе. Если клетку-указатель разрушить лазерным лучом раньше, чем конус роста достигнет ее, то конус в этой точке заблудится (рис. 19-66). На тех участках пути, где в норме нет клеток-указателей, конус роста будет продвигаться в соответствии с адгезивностью базальной мембраны, лежащей под эпителием конечности (разд. 14.2.15). На всем пути конус роста продвигается благодаря специфическим молекулам на его поверхности, которые позволяют ему прилипать к соответствующему субстрату. Некоторые из этих адгезионных молекул уже идентифицированы. [c.354]

    Очевидно, в интактном организме ФРН действует так же, как и в культуре in vitro, т. е. как фактор выживания, определяющий, будут ли клетки жить или погибнут, и как локальный стимулятор активности конусов роста, регулирующий ветвление концевых участков аксона. Первая функция имеет особое значение в период развития, а вторая важна на протяжении всей жизни однако обе они приводят к одному результату с их помощью иннервация приспосабливается к потребностям мишени. Сейчас появляется все больше данных о существовании других нейротропных факторов роста, выполняющих такие же функции по отношению к другим видам нервных клеток (см. рис. 19-70). В следующем разделе мы увидим, что такие факторы, вероятно, играют важную роль в регулирующем влиянии электрической активности на развитие систем нервных связей. [c.361]

    О способности УФ-света вызывать серьезные нарушения проницаемости мембран для ионов К+ и Ыа+ свидетельствуют и опыты по облучению возбудимых клеток. Так, ультрафиолетовое облучение уменьшает амплитуду спайка и скорость проведения нервного импульса. С помощью микроэлектродной техники на одиночном аксоне лягушки было показано, что проницаемость мембран для ионов К+ увеличивается (падение потенциала покоя) с ростом дозы УФ-облучения. Более того, с помощью УФ-облучения можно вызвать генерацию потенциала действия механорецепторов у рака и потенциал действия у водоросли ЫНеНа, что указывает на резкое увеличение проницаемости мембраны для ионов Ма+ (известно, что потенциал действия имеет в основном натриевую природу). [c.333]

---