Visuelle Kortex-Gehirn-Zellreife hängt von Erfahrung mit Licht ab

Ein Untersuchungsteam am Picower Institut für Lernen und Gedächtnis des MIT und der Abteilung für Brian und Kognitionswissenschaften haben winzige molekulare Signale identifiziert, die bestimmen, wie die Verbindungen zwischen Gehirnzellen reifen, wenn sie das erste Mal Licht sehen.
Die 12 Autoren der Studie führten ihre Arbeit im Labor von Mriganka Sur, dem Professor für Neurowissenschaften am MIT und an vielen anderen Forschungszentren in Übersee durch.
Mikro-RNA-Moleküle, deren Anwesenheit dazu beitrug, die Verbindungen zwischen Zellen, die für die Wahrnehmung und Verarbeitung von Signalen aus Licht verantwortlich sind, zu entwickeln, wo sie von den Forschern bei der Arbeit an Gehirnen von Mäusen identifiziert wurden.
In der normalen Gehirnentwicklung erlauben diese Mikro-RNAs es visuellen Gehirnregionen, spezifische Verbindungen in Reaktion auf Licht zu verstärken, das von ihrer Umgebung empfangen wird. Dieser Prozess wird synaptische Plastizität genannt. Wenn einem oder beiden Augen das Licht entzogen wird, werden die Spiegel dieser Mikro-RNAs reduziert, was zu einer Unterentwicklung der Verbindungen führt.
Postdoc Nikolaos Mellios, der Hauptautor eines Forschungsberichts, der in der aktuellen Ausgabe der wissenschaftlichen Zeitschrift Nature Neuroscience erscheint, erklärte:

"Unsere Studie ist die erste, die die Existenz zahlreicher erfahrungsabhängiger Mikro-RNAs im visuellen Kortex demonstriert und zeigt, dass die Hemmung einer dieser kleinen RNAs einen grundlegenden Verlust der Fähigkeit von Neuronen zur Anpassung an Veränderungen in ihrem Input verursacht . "

Diese Art der Untersuchung ist von entscheidender Bedeutung, da Neurowissenschaftler zunehmend Hinweise darauf finden, dass Abnormalitäten während der Gehirnentwicklung bei Hirnerkrankungen eine Rolle spielen. Spiegel von Mikro-RNA-Molekülen, die entweder zu hoch oder zu niedrig sind, können zu diesen Anomalien beitragen.
Ihre Untersuchung konzentrierte sich auf ein Mikro-RNA-Molekül namens miR-132, das als Hirnregion, die für das Sehen, den primären visuellen Kortex verantwortlich ist, gereift ist, wobei gezeigt wurde, dass das miR-132-Molekül allmählich in Fülle zunimmt.

Um zu untersuchen, wie dieses Molekül die Fähigkeit dieses Bereichs des Gehirns beeinflussen könnte, sich an veränderte Bedingungen anzupassen, wurde ein Augenlid bei Mäusen von den Forschern zusammengenäht, um zu verhindern, dass Nervensignale von diesem Auge Neuronen im visuellen Kortex erreichen. Da ein Auge offen blieb und Daten normal zum Kortex weitergab, konnten sie untersuchen, wie der visuelle Kortex auf die gemischten Signale reagierte, und Hinweise auf die Fähigkeit des Gehirns geben, sich an Veränderungen des Inputs anzupassen.
Unter der Leitung des Co-Erstautors Hiroki Sugihara nutzten sie eine innovative Methode, um Echtzeitaktivität in den Gehirnen lebender Mäuse zu untersuchen, um zu zeigen, dass eine Reduktion von miR-132-Neuronen ihre Reifung verzögerte und die Mäuse nicht in der Lage waren, auf diese zu reagieren Änderungen der Signale von jedem Auge.
Forscher wissen, dass Mikro-RNAs die Genexpression orchestrieren und Proteine ??in Zellen kodieren, obwohl nicht viel darüber bekannt ist, wie diese Moleküle zu Prozessen der Gehirnentwicklung beitragen, die von der Erfahrung und der äußeren Umgebung abhängen. Diese Untersuchung zeigt, dass Mikro-RNA tatsächlich eine entscheidende Rolle bei der synaptischen Plastizität spielen, insbesondere während empfindlicher Perioden der frühen Reifung.
Micro-RNA wurde erst vor zwölf Jahren entdeckt, aber die Erforschung dieser Moleküle hat zu einem besseren Verständnis darüber geführt, wie Gene und genetische Systeme in lebenden Organismen miteinander kommunizieren.
Geschrieben von Grace Rattue