脊髓內軸突生長率和生長方向可控制

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根據南加州大學學會的Samantha Butler和她的合作者的新研究，脊髓內軸突的生長率和方向都可以被控制。這項名為“骨形態蛋白頂板化學排斥物調控連合軸突生長率”的研究發表在11月17日《神經科學》網路雜誌上，它由Butler帶領，還包括主要研究人員Keith Phan和南加州大學的研究生Virginia Hazen和Michele Frendo，以及多倫多大學的Zhengping Jia。

生物科學助理教授Butler發現，細胞水準上的一系列連接會產生一個指導提示，告訴軸突在胚胎成長的環境中的速度和生長方向。Butler和她的團隊還發現，通過調節LIM結構域蛋白激酶1（Limk1）的活動，使軸突的生長率停滯或加速。

這些發現在未來的應用可能包括，提高脊髓受傷或患有神經退行性疾病患者的神經元回路再生能力。

起初，要瞭解這些指導提示，Butler和她的同事們研究了在齧齒動物和雞的胚胎狀態下首先發展的神經回路機制。在研究軸突如何在一個特定的方向程式化地生長的同時，Butler和她的小組提出了一個驚人的發現。

“我們希望當我們擾亂信號轉導通路時，軸突在方向上能變得混淆，” Butle說。“但我們發現了一個更大的作用——軸突在以不同的速度增長”

在正常情況下，指導提示會導致發展中的神經元將軸突延伸到環境中。在一個發展中的脊髓裏，提示會以排斥力（從細胞體後面反方向引導軸突的生長）的形式出現。該排斥力由骨生成蛋白(BMPs)調解。

在多步成長過程的開始，骨生成蛋白連接到細胞上並啟動其受體，然後觸發第二個“信使”，在這種情況下即 LIM結構域蛋白激酶1（Limk1）。Limk1修改一種叫做絲切蛋白的蛋白質活動。當絲切蛋白活躍時，軸突便生長；反之，亦反之。

Butler和她的小組發現，通過增加絲切蛋白的數量，或減少的限制Limk1的數量，連合軸突的生長會加快。同樣，當絲切蛋白的數量減少，或Limk1的數量增加，軸突的生長便會停止。

在Limk1減少的胚胎脊髓中的軸突生長，似乎比對照組更先進——軸突的生長速度高達25%。

由於軸突在不斷變化的環境中生長，如果將軸突移動到其隨後的信號目的地太快，該目標可能還沒有被創建。作為一個結果，增長加速會導致過程中的錯誤，Butler說。她希望確定最佳的加速率以防止這些錯誤，但仍然支持增強的再生。

“軸突的生長需要在時間和空間上控制，這是生物學中一個有趣的部分，” Butler說。“怎麼應用也會非常令人興奮。”

Bulter將本研究的應用視為重建患者受損回路的一部分，這些忍受著脊髓損傷，或患有帕金森氏或老年癡呆症的患者可能用的是幹細胞衍生的療法。軸突的平均增長率僅為1毫米/天，因此任何增加都將改善患者的治療。

“如果我們知道如何調節絲切蛋白以最大限度地提高軸突的生長速度，”Bulter說，“也許我們就可以跳過回路再生過程的時間。”