剪接如下:神经元神经丝的端到端退火

当广泛宣传的神经科学研究集中在结构和功能连接体，轴突的时间模式，神经可塑性，和其他领域的调查，神经元内环境也得到了大量的调查关注。

一个例子是对被称为神经纤维的细胞骨架聚合物的研究。神经纤维是神经细胞的中间纤维，是神经元细胞骨架的主要组成部分，被认为为轴突提供结构支持。神经纤维丝被运送到轴突它们在发育过程中积累，导致轴突的周长扩大。这很重要，因为轴突的横截面积影响神经冲动的传播速度。这些聚合物的空间填充特性被称为侧臂的辐条状投影域最大化，其功能是将聚合物隔开。一旦进入轴突，这些聚合物(直径仅为10纳米)可以生长到非常长的长度——10万纳米(0.1毫米)或更多——但是它们如何达到这样的长度以及它们的长度是如何被调节的还不清楚。最近，俄亥俄州立大学的科学家——谁先前表明神经?在非神经元细胞系中表达的悲叹和波形蛋白悲叹可以通过连接结束而延长，这一过程称为端到端退火¹-证明了神经系统的健壮和高效的端到端退火?神经细胞中的哀鸣。此外，研究人员还报告了神经?lament-severing机制。

教授安东尼•布朗他和他的同事——Ats欧宝娱乐地址uko Uchida博士，Gülsen Çolakoğlu博士(现在在桑福德-伯纳姆医学研究所)，Lina Wang博士(现在在加州大学圣地亚哥医学院)和Paula C. Monsma——在他们的论文中发表了研究。ob欧宝直播nba作为背景资料，布朗告诉《医学快报》，中间纤维可以通过两欧宝娱乐地址端连接来延长长度的想法是大约15年前由西北大学的罗伯特·戈德曼和他的同事首先提出的，最近,鲁道夫Leube亚琛大学和他的同事们,哈拉尔德·赫尔曼和德国癌症研究中心的同事在海德堡,计算模型的研究波形蛋白体外组装由斯蒂芬妮Portet马尼托巴大学的Harald Herrrmann和他的同事们也涉及端到端退火在中间灯丝组装。“然而，”布朗补充说，“为了证明这种现象在细胞中发生，有必要发展实验策略来可视化退火连接——也就是真正看到连接。”我们在之前的研究中解决了这个问题¹通过使用细胞融合或光活化和光漂白方法在细胞中创造不同的红色和绿色荧光细丝种群。”

Brown解释说，对于细胞融合方法，研究人员使用电穿孔技术将培养的大鼠皮层神经元转染荧光神经丝融合蛋白，使其形成红色或绿色荧光丝。(转染是将外来材料（如DNA，RNA分子）或蛋白质引入真核细胞中。）“然后，我们混合细胞并使用聚乙二醇以诱导它们熔断器。为了拍摄和光漂白方法，”他继续，“我们用红色和可去活化的绿色荧光中间丝蛋白分配细胞，然后使用光活化和光漂白，使一些无细荧光的细丝和其他绿色没有红色荧光。”然后科学家随着时间的推移观察细丝。

作为混合的红色和绿色细丝，嵌合细丝（即由不同起点的部分组成的长丝，由交替的红色和绿色荧光区段组成。“红色的存在：沿着长丝的绿色连接是证明已经发生了端到端退火，”棕色笔记。（虽然研究人员用Vimentin和神经膜蛋白进行了这些实验，但它们使用了SW13人癌细胞系，该细胞不适用于方便地表达神经膜蛋白以及技术原因。）“然而，”布朗指出“，”自我的实验室有对神经细胞的特别兴趣，我们试图确认神经细胞端到端退火的存在。“与此同时，他补充说，神经元比癌细胞系更具挑战性，因为它们是非分裂细胞 - 以呈现神经元的长丝也更具挑战性，因为它们与癌症不扁平细胞。

最后，Brown说，研究人员不能使用细胞融合策略，因为神经细胞不接受这种技术。因此，他们使用了他们在之前的研究中开发的光活化和光漂白策略¹。“我们还使用了一种光转换策略，利用一种名为mEos2的光转换蛋白，它可以从绿色荧光变为红色荧光，”Brown补充道。“就像我们早期在人类癌细胞系中进行的实验一样，我们的策略是制造不同数量的红色和绿色荧光细丝，然后寻找红色和绿色连接的外观。”

培养神经元的厚度对于神经丝的成像是一个挑战，神经丝的直径仅为10nm，远远低于光学显微镜的衍射极限。本研究的大部分成像是用a宽视野荧光显微镜这不是理想的，因为从聚焦平面上下产生的失焦荧光会降低图像质量——但科学家现在有了一个纺丝盘共聚焦显微镜这应该让他们在未来的研究中获得更好的成像。

研究人员遇到的另一个挑战是识别神经元中间丝的切断在活的有机体内。布朗说:“在我们的实验策略中，退火可以通过红绿连接的出现来可视化，但与退火不同的是，切割事件没有等效的视觉‘特征’。”“具体来说，我们不能只看灯丝的一端，并根据它在光学显微镜下的外观来判断它是否被切断。然而，我们注意到，随着时间的推移，由于端到端退火，红色:绿色连接的数量增加，伴随着红色和绿色荧光段长度的减少——这是可能存在切断机制的第一个迹象。”随后，科学家们能够在延时电影中实时捕捉到切断事件，证实了神经丝切断的存在。

“对我们来说，中间纤维应该有一个切断机制也很有意义——否则，端到端退火将导致纤维逐渐变长，而没有任何机制来扭转这一趋势，”布朗继续说。“在我们看来，细胞可能有缩短和延长细丝的机制，因为这将使细胞对中间细丝细胞骨架有更多的控制。这两种机制的发现向我们表明，神经丝的长度可能受到它们对立行为的动态调节。”

布朗补充说，这项研究的关键创新在于提出正确的问题，并设计一个实验策略来回答这个问题。“很少有人注意到细胞中中间丝的组装，而且切断机制的可能存在以前似乎没有被提到过。相比之下，我们对细胞骨架的其他聚合物的组装动力学已经了解很多。”事实上，他强调，有证据表明端到端退火是细胞中肌动蛋白丝延长的重要机制，在细胞中，有一种明确的切断肌动蛋白丝和微管的机制，涉及到切断诸如刺甲素(用于微管)、cofilin和gelsolin(用于肌动蛋白丝)等蛋白质——但人们对此的关注较少中间丝。“也许，”他Quips，“没有人想问这个问题。”

Brown更详细地阐述了他们的推测，即通过端到端退火的神经丝的延伸可以被一种切断机制抵消，他提出，调节神经丝长度的这些相反机制之间的平衡可能会影响神经丝在轴突内的运输。“神经纤维是填充空间的细胞骨架聚合物，其功能是最大化轴突的横截面积，这是神经纤维繁殖速率的重要决定因素神经冲动”,布朗解释说。神经纤维也被认为在轴突中发挥了重要的机械作用，赋予这些细长的过程机械完整性。神经纤维丝的长度对于神经纤维丝功能的重要性目前还不清楚，但看起来很可能是这些聚合物的长度，它们沿着轴突形成一个连续的重叠阵列，对于它们在稳定内部轴突结构方面的机械作用是重要的。”

但是，他指出，他们的长度也可能会调节运输。“思考这一点的一个原因是，很难怀孕，只有100μm或更长时间的神经细胞可以沿着轴突有效地移动，”棕色笔记。“我们假设神经膜长度受到切断和退火的动态循环的调节 - 并且我们从先前的研究中知道，移动和静止神经细胞的不同群体，并且移动丝的平均长度相对较短。

因此，布朗继续说，科学家推测轴突中的长短神经细胞共存，并且短的内部移动更容易比长的那么容易。“长丝的切割可以通过允许它们沿着微管轨道移动来释放用于轴突运输的短神经细节。”这些短的移动丝可能随后暂停和退火端到端，有效地以固定状态暂时血液序列。我们未来的目标之一是测试这个假设。“

布朗说，研究人员需要开发出量化细胞退火和切割动力学的方法，并承认这是一个挑战。“我们目前正在探索计算建模来解决这个问题的潜力。”此外，研究人员对切断机制非常感兴趣，Brown补充说，因为它可能被证明是中间丝组装动力学的一个基本过程。“中间丝它们的机械强度是众所周知的，”他说，“那么细胞是如何切断这些聚合物的，这个过程在细胞中又是如何调节的呢?”

布朗还指出，还有其他研究领域可能会受益于他们的研究。“我实验室中的一个核心利益是轴突运输的机制，这是沿着轴突的细胞内部件的运动神经细胞——我们知道，神经丝聚合物在分子运动蛋白推动下沿着微管轨道移动。”此外，他补充说，神经纤维丝的轴突运输具有临床意义，因为神经纤维丝聚合物经常在神经退行性疾病的轴突中异常过度地积累。“我们推测这些聚集是由于这些聚合物运动的中断而产生的。“我们对神经丝长度调节的研究，”他总结道，“提出了一种可能的机制，通过它神经丝的轴突运输可以被调节。”

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