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Famille de protéine d'enquête de chercheurs qui aide le cerveau pour former des synapses

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Thomas Südhof, DM, professeur de la physiologie moléculaire et cellulaire, a postulé que les différents isoforms des neurexins peuvent aider à créer différents types de raccordements synaptiques permettant à des nuerons de faire des tâches complexes.

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Les neurologistes et les bioengineers chez Stanford travaillent ensemble pour résoudre un mystère : Comment fait la construction de nature les différents types de synapses qui relient des neurones, les cellules qui surveillent des impulsions de nerf, des muscles de commande et des pensées de forme.

Dans un papier a édité dans les démarches de l'Académie des Sciences nationale, Thomas Südhof, DM, professeur de la physiologie moléculaire et cellulaire, et le tremblement de Stephen, un professeur de la technologie biologique, décrivent la diversité de la famille de neurexin des protéines.

Aide de Neurexins pour créer les synapses qui relient des neurones. Pensez aux synapses comme standards ou panneaux de commande qui relient les neurones spécifiques quand ces cellules du cerveau doivent travailler ensemble pour effectuer une tâche donnée. Jeu de Neurexins un rôle principal dans la formation et le fonctionnement des raccordements synaptiques. Les études passées de la génétique ont lié des neurexins à une série de désordres cognitifs, tels que l'autisme et la schizophrénie.

Südhof, qui a partagé le prix 2013 Nobel dans la médecine, a dépensé des années étudiant les nombreuses différentes formes, ou des isoforms, des protéines de neurexin. Il a postulé que les différents isoforms des neurexins peuvent aider à créer différents types de raccordements synaptiques avec les propriétés et les fonctions distinctes, et permet ainsi à des neurones de faire tant de tâches complexes.

Mais Südhof n'a eu aucune manière de connaître exactement combien d'isoforms des neurexins ont existé jusqu'à ce qu'il se soit assis l'année dernière avec le tremblement, le professeur de Lee Otterson dans l'école de la technologie. Le tremblement a frayé un chemin de nouvelles manières de séquencer ADN, le modèle principal que la nature suit en faisant des protéines.

L'étude éditée dans PNAS représente les résultats d'une collaboration year-long entre les neurologistes et les bioengineers pour comprendre mieux comment les différentes protéines de neurexin affectent le comportement des synapses et, finalement, des fonctions normales de cerveau et des conditions neurologiques telles que l'autisme.

Bien que ce ne soit pas le dernier mot sur le sujet, les résultats aident à illuminer comment les travaux de cerveau et améliorent notre arrangement des désordres neurologiques.

À l'intérieur des cellules, une machine moléculaire défait la fermeture éclair d'une molécule bicaténaire d'ADN pour créer une molécule d'ARN. La molécule d'ARN est une copie de toutes les instructions génétiques codées dans l'ADN. Mais seulement les régions spécifiques de cette molécule d'ARN contiennent des instructions pour faire une protéine spécifique. La cellule a des manières d'enlever les régions inutiles et d'épisser les régions de protéine-codage dans une molécule plus courte d'ARN appelée ARN de messager ou l'ADN messagère. Ainsi, chaque ADN messagère contient les pleines instructions pour faire une protéine spécifique.

Pour commencer cette expérience, Ozgun Gokce, un disciple post-doctoral dans le laboratoire de Südhof, et Barbara Treutlein, un disciple post-doctoral dans le laboratoire du tremblement, cellules du cerveau extraites du cortex préfrontal d'une souris, alors d'isolement l'ARN contenu dans ce tissu.

De cette grande piscine de RNAs, elles ont identifié les mRNAs pour des neurexins. Elles ont couru ces molécules de messager par l'équipement conçu pour lire l'ordre entier des instructions chimiques pour faire un isoform spécifique dans la famille de neurexin de la protéine.

Le laboratoire du tremblement est à même d'utiliser les nouveaux instruments qui permettent à des chercheurs d'indiquer le long ordre des produits chimiques dans une rive d'ADN messagère, permettant pour qu'ils s'assurent exactement quelles directions ce messager porte aux machines de protéine-fabrication des cellules.

« Cette expérience ne pourrait pas avoir été faite même il y a quelques années, » Treutlein a indiqué.

Les mRNAs pour des neurexins sont les chaînes très longues des nucléotides ? les produits chimiques qui codent l'information génétique. Ayez tout récemment les instruments étés capables de lire l'ordre exact de telles longues chaînes de nucléotide.

La capacité de lire l'ordre entier de chaque ADN messagère était essentielle parce que les neurexins ont 25 composantes. Mais pas toutes ces pièces sont employées chaque fois que les neurones produisent une copie de la protéine. Isoforms de neurexin ont différentes combinaisons de ces 25 pièces possibles. Cette expérience a été conçue pour découvrir combien isoforms de neurexin ont existé et combien répandu chacun de ces isoforms était.

Les chercheurs ont analysé plus de 25.000 mRNAs intégraux de neurexin. Ils ont trouvé 450 variantes. Chaque variante a omis un ou plusieurs des 25 composants possibles. La plupart de ces isoforms se sont produites rarement. Une poignée a expliqué les isoforms prédominants.

Bien que les scientifiques de Stanford aient ordonnancé 25.000 mRNAs pour découvrir 450 variantes, croient-ils que s'ils étaient d'ordonnancer bien plus de mRNAs ils découvriraient plus d'isoforms ? leur évaluation est qu'au moins 2.500 isoforms de la famille de neurexin existent.

« Le fait que nous voyons ainsi beaucoup d'isoforms soutient la théorie que ces variantes de protéine contribuent à la diversité énorme des raccordements synaptiques que les neurologistes ont observés, » Treutlein a indiqué.

L'expérience soulève beaucoup de questions pour la future étude. Par exemple, quelles fonctions sont remplies par les isoforms prédominants contre les variantes rares ? Comment l'inclusion ou l'exclusion des composants affecte-t-elle cet isoform et la synapse dans lesquels cela fonctionne ?

« Cette expérience était comme un vol au-dessus du terrain, » Gokce a indiqué. « Maintenant nous devons aller vers le bas et regarder les détails. »