轴突寻径与突触细胞粘附

突触连接的特异性由两个连续的过程建立:轴突寻径和突触细胞粘附10。一个简单的考虑表明,在这两个过程中,轴突路径发现比突触细胞粘附更重要,尽管显然两者都是必不可少的。考虑到这一点,突触细胞粘附只能在^ 100 nm的距离上进行,这一距离即使在密集的神经纤维上也是非常短的。在短距离内,轴突和树突在建立突触特异性方面具有同等作用,而在长距离内,轴突单独介导连接的特异性。因此,突触连接的大多数特异性必须依赖于引导轴突到达其正确的靶点,而突触连接的实际形成是次要的。

轴突寻径已经得到了很好的研究,关于其复杂的分子决定因素已经了解了很多(例如,见参考文献11-13)。轴突引导甚至可能有助于确定轴突输入所指向的树突结构域。轴突导向的许多关键机制已经建立,为Sperry开创性的化学亲和力假说10提供了分子基础。

轴突引导完成后,一个生长锥进入目标神经纤维,并有能力形成突触。在人口稠密的神经纤维中,大多数轴突和树突并不一定会彼此形成突触连接,但轴突和树突之间的偶遇一定非常频繁。新出现的神经末梢如何在密集的神经纤维中选择正确的靶神经元和正确的树突状结构域?例如,丘脑如何在大脑的CA1区输入海马体在腔隙层的锥体细胞树突或至少十种不同类型中间神经元的树突之间进行选择(图0.1;色板1)?可以提出两个并非相互排斥的假设来解释为突触形成做好准备的轴突对突触的选择。首先,特定的识别分子可能触发突触的形成。其次,神经元可能会形成混杂的突触连接,然后消除错误的连接,即通过一种采样机制来发挥作用,这种机制在轴突移动时不断建立和溶解突触。这两种假设的结合似乎是正确的。

突触形成本质的一条重要线索来自人工体外实验。当单个海马或皮质神经元被镀在胶质细胞的小岛上时,它会在自身上形成数百个突触,即所谓的自突触。尽管自闭症确实发生在生理学上,但在体内很少见(例如,在皮质锥体神经元中,自闭症占总突触的比例小于1%;参考文献14)。因此,在没有适当靶点的情况下,神经元默认会在自身上形成突触,而在有适当靶点的情况下,则不会。这一发现意味着突触的形成是一个竞争过程:当一个神经元找不到更好的伴侣时,它宁愿与自己连接,而不是保持不连接。因此,突触的形成不一定由严格的细胞粘附代码控制,但至少部分是由一种基于靶点之间竞争选择稳定突触的机制(即取样机制)控制的。

然而,很明显,突触的“取样和选择”不足以解释突触连接模式的产生。如果所有神经元随机形成突触,然后通过选择机制在很大程度上被消除,这将简单地将特异性问题从最初的突触形成阶段转移到突触消除阶段。尽管活动依赖性突触消除是在两类神经元之间实现突触输入和输出均匀分布的一种合理机制,但它作为消除大量随机突触的机制并不合理。除了理论上的考虑,证明这一点的一个实验结果是观察到,在Munc18-1缺陷小鼠中,所有突触活动都不存在,但突触连接的模式并不是随机的15。取样机制的主要作用似乎是均衡给定类别神经元的突触输入和输出。

继续阅读此处:突触形成过程中Ecm的信号转导

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