Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tốc độ phát triển của nhánh dây thần kinh được mô hình hóa theo động lực học của vi ống
Tóm tắt
Một mô hình đã được phát triển để mô tả sự kéo dài của nơron như là kết quả của sự polymer hóa của các vi ống và sự kéo giãn đàn hồi của các nhánh dây thần kinh do lực được tạo ra bởi mũi lớn. Mô hình cho một đoạn đơn với một mũi lớn duy nhất tiết lộ một tốc độ kéo dài không đổi, trong khi nồng độ tubulin trong soma tăng lên, và nồng độ tubulin trở nên không đổi tại mũi lớn. Mở rộng mô hình đến một nhánh dây thần kinh với một điểm nhánh đơn và hai mũi lớn cho thấy những kết quả tương tự. Khi tỷ lệ lắp ráp hoặc tháo lắp của các vi ống không công bằng ở cả hai mũi lớn, sự thu hồi tạm thời của một trong các đoạn tận cùng xảy ra, điều này dẫn đến việc thu hồi hoàn toàn đoạn này khi sự khác biệt về tỷ lệ (tháo) lắp giữa hai mũi lớn đủ lớn. Khi mô hình được áp dụng cho các nhánh lớn, xuất hiện một số lượng đoạn tận cùng tối đa có thể duy trì như một chức năng của tỷ lệ sản xuất tubulin. Các cơ chế để ngăn chặn sự phát triển ra ngoài được thảo luận liên quan đến việc thiết lập các liên kết synap giữa các tế bào.
Từ khóa
#tốc độ phát triển dây thần kinh #mô hình vi ống #polymer hóa #mũi lớn #nơron #liên kết synapTài liệu tham khảo
Ahmad, F. J., Th. P. Pienkowski and P. W. Baas. 1993. Regional differences in microtubule dynamics in the axon.J. Neurosci. 13, 856–866.
Amos, L. A. and W. B. Amos. 1991.Molecules of the Cytoskeleton, Macmillan Molecular Biology Series. London: Macmillan Education.
Baas, P. W., M. M. Black and G. A. Banker. 1989. Changes in microtubule polarity orientation during the development of hippocampal neurons in culture.J. Cell Biol. 109, 3085–3094.
Baas, P. W., T. Slaughter, A. Brown and M. M. Black. 1991. Microtubule dynamics in axons and dendrites.J. Neurosci. Res. 30, 134–153.
Bamburg, J. R. 1988. The axonal cytoskeleton: stationary or moving matrix?TINS 6, 248–249.
Bamburg, J. R., D. Bray and K. Chapman. 1986. Assembly of microtubules at the tip of growing axons.Nature 321, 788–790.
Ben Ze'ev, A., S. R. Farmer and S. Penman. 1979. Mechanisms of regulating tubulin synthesis in cultured mammalian cells.Cell 17, 319–325.
Bergen, L. G. and G. G. Borisy. 1980. Head-to-tail polymerization of microtubulesin vitro.J. Cell Biol. 84, 141–150.
Black, M. M. and P. W. Baas. 1989. The basis of polarity in neurons.TINS 6, 211–214.
Black, M. M. and W. Smith. 1988. Regional differentiation of the neuronal cytoskeleton with an appendix: diffusion of proteins in the neuron cell body—Mathematical approximations and computer simulations. In:Intrinsic Determinants of Neuronal Form and Function. R.J. Lasek and M. M. Black (Eds). New York: A. R. Riss.
Bray, D. 1973. Branching patterns of individual sympathic neurons in culture.J. Cell Biol. 56, 702–712.
Bray, D. 1979. Mechanical tension produced by nerve cells in tissue culture.J. Cell Sci. 37, 391–410.
Bray, D. and M. Bartlett Bunge. 1981. Serial analysis of microtubules in cultured rat sensory axons.J. Neurocytol. 10, 589–605.
Bruckenstein, D. A., P. J. Lein, D. Higgins and R. T. Fremeau Jr. 1990. Distinct spatial localization of specific mRNAs in cultures sympathetic neurons.Neuron 5, 809–819.
Buxbaum, R. E. and S. R. Heidemann. 1988. A thermodynamic model for force integration and microtubule assembly during axonal elongation.J. theor. Biol. 134, 379–390.
Buxbaum, R. E. and S. R. Heidemann. 1992. An absolute rate theory model for tension control of axonal elongation.J. theor. Biol. 155, 409–426.
Cleveland, D. W., M. A. Lopata, P. Sherline and M. W. Kirschner. 1981. Unpulymerized tubulin modulates the level of tubulin mRNAs.Cell 25, 537–546.
Cline, H. T. 1991. Activity-dependent plasticity in the visual systems of frogs and fish.TINS 14, 104–111.
Cohan, C. S. and S. B. Kater. 1986. Suppression of neurite elongation and growth cone motility by electrical activity.Science 232, 1638–1640.
Dennerl, T. J., H. C. Joshi, V. L. Steel, R. E. Buxbaum and S. R. Heidemann. 1988. Tension and compression in the cytoskeleton of PC12 neurites II: quantitative measurements.J. Cell Biol. 107, 665–674.
Dennerl, T. J., P. Lamoureux, R. E. Buxbaum and S. R. Heidemann. 1989. The cytomechanics of axonal elongation and retraction.J. Cell Biol. 109, 3073–3083.
Dustin, P. 1978.Microtubules. Berlin: Springer Verlag.
Fields, R. D., E. A. Neale and P. G. Nelson. 1990. Effects of patterned electrical activity on neurite outgrowth from mouse sensory neurons.J. Neurosci. 10, 2950–2964.
Gordon-Weeks, P. R. 1991. Growth cones: the mechanism of neurite advance.BioEssays 13, 235–239.
Haydon, P. G., D. P. McCobb and S. B. Kater. 1987. The regulation of neurite outgrowth, growth cone motility and electrical synaptogenesis by serotonin.J. Neurobiol. 18, 197–215.
Heidemann, S. R., P. Lamoureux and R. E. Buxbaum. 1990. Growth cone behavior and production of traction force.J. Cell Biol. 111, 1949–1957.
Hill, T. L. and M. W. Kirschner. 1982. Bioenergetics and kinetics of microtubule and actin filament assembly-disassembly.Int. Rev. Cytol. 78, 1–125.
Hillman, D. E. 1988. Parameters of dendritic shape and substructure: intrinsic and extrinsic determination? In:Intrinsic Determinants of Neuronal Form and Function. J. L. Lasek and M. M. Black (Eds), pp. 83–114. New York: A. R. Riss.
Hoffman, P. N., M. A. Lopata, D. F. Watson and R. F. Luduena. 1992. Axonal transport of class II and III β-tubulin: evidence that the slow component wave represents the movement of only a small fraction of the tubulin in mature axons.J. Cell Biol. 119, 595–604.
Kater, S. B., M. P. Mattson, C. Cohan and J. Connor. 1988. Calcium regulation of the neuronal growth cone.TINS 11, 315–321.
Kater, S. B. and P. G. Guthrie. 1990. The neuronal growth cone as an integrator of complex environmental information. In:The Brain. Cold Spring Harbour Symposium 55. New York: Cold Spring Harbour Laboratory.
Kater, S. B. and L. R. Mills. 1991. Regulation of growth cone behaviour by calcium.J. Neurosci. 11, 891–899.
Lamoureux, P., R. E. Buxbaum and S. R. Heidemann. 1989. Direct evidence that growth cones pull.Nature 340, 159–162.
Lee, G. and S. L. Rook. 1992. Expression of tau protein in non-neural cells: microtubule binding and stabilization.J. Cell Sci. 102, 227–237.
Letourneau, P. C. and A. H. Ressler. 1984. Inhibition of neurite initiation and growth by taxol.J. Cell Biol. 98, 1355–1362.
Lim, S., K. J. Edson, P. C. Letourneau and G. G. Borisy. 1990. A test of microtubule translocation during neurite elongation.J. Cell Biol. 111, 123–130.
Liu, D. W. C. and M. Westerfield. 1990. The formation of terminal fields in the absence of competitive interactions among primary motoneurons in the zebrafish.J. Neurosci. 10, 3947–3959.
Matus, A. 1988. Microtubule-associated proteins: their potential role in determining neuronal morphology.A. Rev. Neurosci. 11, 29–44.
Mitchinson, T. and M. Kirschner. 1988. Cytoskeletal dynamics and nerve growth.Neuron 1, 761–772.
Murray, J. D. 1989.Mathematical Biology. Berlin: Springer Verlag.
Ochs, S. 1984. Axoplasmatic transport. In:Handbook of Neurochemistry. A. Lajtha (Ed.), Vol. 5, pp. 355–379. New York: Plenum Press.
Okabe, S. and N. Hirokawa. 1988. Microtubule dynamics in nerve cells: analysis using microinjection of biotinylated tubulin into PC12 cells.J. Cell Biol. 107, 651–664.
Okubo, A. 1980.Diffusion and Ecological Problems: Mathematical Models. Berlin: Springer Verlag.
Patel, N. B., Z-p. Xie, S. H. Young and M. M. Poo. 1985. Response of nerve growth cones to focal electric currents.J. Neurosci. Res. 13, 245–256.
Parnas, H. and L. Segel. 1980. A theoretical explanation for some effects of calcium on the facilitation of neurotransmitter release.J. theor. Biol. 84, 3–29.
Perry, V. H. and R. Linden. 1982. Evidence for dendritic competition in the developing retina.Nature 297, 683–685.
Popov, S. and M. M. Poo. 1992. Diffusional transport of macromolecules in developing nerve processes.J. Neurosci. 12, 77–85.
Pryer, N. K., R. A. Walker, V. P. Skeen, B. D. Bourns, M. F. Soboeiro and E. D. Salmon. 1992. Brain microtubule-associated proteins modulate microtubule dynamic instability in vitro, real time observations using video microscopy.J. Cell Sci. 103, 965–976.
Purves, D., J. T., Voyvodic, L. Magrassi and H. Yawo. 1987. Nerve terminal remodeling visualized in living mice by repeated examination of the same neuron.Science 238, 1122–1126.
Reinsch, S. S., T. J. Mitchinson and M. Kirschner. 1991. Microtubule polymer assembly and transport during axonal elongation.J. Cell Biol. 115, 365–379.
Riederer, B. M. 1990. Some aspects of the neuronal cytoskeleton in development.Eur. J. Morph. 28, 347–378.
Shaw, G. and D. Bray. 1977. Movement and extension of isolated growth cones.Expl Cell Res. 104, 55–62.
Soifer, D. and K. Mack. 1984. Microtubules in the nervous system. In:Handbook of Neurochemistry. A. Lajtha (Ed.), Vol. 7, pp. 245–280. New York: Plenum Press.
Speidel, C. C. 1941. Adjustments of nerve endings.Harvey Lect. 36, 126–158.
Tanaka, E. M. and M. W. Kirschner. 1991. Microtubule behavior in the growth cones of living neurons during axon elongation.J. Cell Biol. 115, 345–363.
Tashiro, T. and Y. Komiya. 1992. Slow axonal transport and the dynamics of the axonal cytoskeleton. In:Molecular Basis of Neuronal Connectivity. M. Satcke (Ed.), pp. 187–190. Tokyo: Kohko-do.
Van Pelt, J., H. B. M. Uylings, R. W. H. Verwer, P. J. Pentney and M. J. Woldenberg. 1992. Tree asymmetry—a sensitive and practical measure for binary topological trees.Bull. math. Biol. 54, 759–784.
Van Veen, M. P. and J. Van Pelt. 1992. A model for outgrowth of branching neurites.J. theor. Biol. 159, 1–24.
Van Veen, M. P., P. C. Letourneau and J. Van Pelt. 1993. The role of filopodia in growth cone behavior: comparison between model and experiment. InDynamic Mechanisms of Neuronal Outgrowth. M. P. Van Veen, pp. 45–62. Amsterdam, Ph.D. thesis, Free University.
Verde, F., M. Dogterom, E. Stelzer, E. Karsenti and S. Leibler. 1992. Control of microtubule dynamics and length by cyclin A- and cyclin B-dependent kinases inXenopus egg extracts.J. Cell Biol. 118, 1097–1108.
Wässle, H., L. Peichl and B. B. Boycott. 1981. Dendritic territories of cat retinal ganglion cells.Nautre 292, 344–345.
Yamada, K. M., B. S. Spooner and N. K. Wessells. 1970. Axon growth: roles of microfilaments and microtubules.Proc. natn. Acad. Sci. U.S.A. 66, 1206–1212.
Zheng, J., P. Lamoureux, V. Santiago, T. Dennerl, R. E. Buxbaum and S. R. Heidemann. 1990. Tensile regulation of axonal elongation and initiation.J. Neurosci. 11, 1117–1125.