Нейро-биология Том 1 - Шеперд Г.
Скачать (прямая ссылка):
Поскольку сетчатка проецируется на тектум с высокой точностью, эта система стала предметом многочисленных исследований, которые подтвердили и значительно расширили данные, впервые полученные Сперри. Эти работы несколько повлияли также и на интерпретацию результатов. Исходная гипотеза подчеркивала роль генетических механизмов в установлении характерного распределения синаптических контактов в нервной системе, однако, как выяснилось при изучении большинства систем, в процессе развития действуют дополнительные факторы (эпигенетические факторы, например влияние индивидуального опыта). Эти дополнительные факторы оказывают существенное влияние на окончательное распределение связей.
Генетические мутации. Формирование синаптических сетей изучалось также и в аномальных условиях, вызванных генетическими мутациями. В этом плане наиболее изученными видами из беспозвоночных оказался круглый червь Coenorhabditis ele-gans и плодовая мушка Drosophila melanogaster. Смысл этих экспериментов состоит в воздействии рентгеновским излучением для получения одиночной мутации, проявляющейся в виде определенной поведенческой аномалии, с последующим выяснением аномалии на уровне синаптических контактов.
Использование мутантных особей особенно оправдано при изучении принципов формирования корковых структур у позвоночных. Самые первые и наиболее полные исследования были проведены на мутантных линиях мышей, полученных Р. Сидма-ном, Пашко Ракичем (R. Sidman, Pasko Rakic) и их сотрудни-
252
II. Клеточные механизмы
ками в Гарварде. Большинство этих линий классифицировалось по характеру влияния мутаций на локомоцию, а клеточные механизмы анализировались преимущественно на мозжечке. В зависимости от характера расстройства локомоции эти мутантные линии получали наименования «вертунов» (reelers), «трясунов» (staggerers), «шатунов» (weavers) и др. Каждый вид расстройства сопоставлялся с особенностями дезорганизации коры мозжечка.
Полученные результаты в совокупности представлены на рис. 10.10 для трех групп мутантов — шатунов, вертунов и трясунов — и сравниваются с нормой. В общих чертах картина получилась следующая. В норме (А) кора мозжечка состоит из упорядоченных слоев, в которых определенным образом расположены специфические нейроны и синапсы (детальнее это будет излагаться в гл. 22). У большинства гомозиготных мышей-шатунов (Б) большая часть клеток-зерен дегенерирует до начала их миграции из поверхностного слоя в глубину, где эти клетки расположены у взрослых животных в норме. Кроме того, изменения затрагивают и один вид радиальных глиальных клеток, называемых бергмановской глией, которые в нормальном процессе развития служат своего рода проводниками при миграции тел клеток-зерен. Имеются также свидетельства того, что у мышей-шатунов аномально высоко содержание в крови холестерина и близких к нему липидов, что может отрицательно влиять на клетки-зерна и глиальные клетки.
Основной аномалией мутантов-вертунов (В) является отсутствие клеток-зерен, которые все задерживаются в поверхностном слое, в результате чего обычные отношения между слоями, наблюдаемые у взрослых мышей, изменяются на обратные. Вследствие этого число параллельных волокон уменьшено, а у клеток Пуркинье отсутствует характерное ветвление. Изменения клеток Пуркинье, видимо, указывают на то, что созревание дендритных ветвей и дендритных шипиков в своей заключительной стадии регулируется аксонами клеток-зерен, которые в норме представлены параллельными волокнами.
Последний пример — это мутанты-трясуны (Г). Здесь, по-видимому, в основном поражаются клетки Пуркинье, у которых отмечается недоразвитие дендритного дерева и сохраняется несколько признаков, характерных для эмбриональной стадии. Клетки-зерна нормально мигрируют, оставляя позади свои аксоны в виде параллельных волокон. Однако в отсутствие полноценных клеток Пуркинье, дендриты которых являются для параллельных волокон постсинаптическими мишенями, клетки-зерна дегенерируют. Это происходит несмотря на то, что у дендритов недоразвитых клеток Пуркинье, как и положено, имеет мес-
АКП ЛВ MB MB
В r\/r\
MB ЛВ АКП
ЛВ MB MB АКП
sg/sg
АКП АКП ЛВ МВ
Рис. 10.10. Типы клеток в мозжечке нормальной мыши (А) и в мозжечке нескольких мутантных линий (Б—Г). КК — корзинчатая клетка; ЛВ—лиановидные волокна; КЗ—клетки-зерна; ГП — клетка Гольджи типа II; МВ — мшистые волокна; КП — клетки Пуркинье; АКП — аксоны клеток Пуркинье; ПВ — параллельное волокно; ЗвК — звездчатая клетка. Цифры в кружках означают соответствующие типы синапсов. Остальные объяснения в тексте. (Caviriess, Rakic, 1978.)
:254
//. Клеточные механизмы
то постсинаптическая специализация (образуются субмембран-ные уплотнения).
Таким образом, судя по этим исследованиям, в формировании нейронных сетей участвует множество факторов. Трудность интерпретации связана с тем, что действие гена никогда не бывает изолированным; напротив, каждый мутант — результат комбинации ряда эффектов, Эти эффекты не ограничиваются ¦ областью мозжечка, а включают множество аномалий во всей нервной системе. Несмотря на эти осложнения, некоторые из .генных эффектов удивительно специфичны. Кроме того, элек-трофизиологические исследования клеток Пуркинье у вертунов и шатунов показали, что, несмотря на аномальную морфологию этих клеток, в основном свойства их возбудимой мембраны нормальны. Полученная картина отчетливо свидетельствует о глубоком влиянии генных аномалий на процесс развития и в то же .время о том, что существуют резервные возможности, обеспечивающие создание более или менее нормальных нервных связей, несмотря на указанные аномалии.
