Dendritische Filopodien - Dendritic filopodia
Dendritische Filopodien sind kleine, membranartige Vorsprünge, die hauptsächlich auf dendritischen Abschnitten sich entwickelnder Neuronen zu finden sind. Diese Strukturen können synaptischen Input erhalten und sich zu dendritischen Stacheln entwickeln . Dendritische Filopodien sind im Allgemeinen weniger gut untersucht als dendritische Stacheln, da sie aufgrund ihrer vorübergehenden Natur mit herkömmlichen Mikroskopietechniken nur schwer zu erkennen sind. Die Probenvorbereitung kann auch dendritische Filopodien zerstören. Es wurde jedoch festgestellt, dass sich Filopodien auf dendritischen Schäften von anderen Arten von Filopodien (auch in dendritischen Wachstumskegeln) unterscheiden und auf unterschiedliche Weise auf Reize reagieren können.
Struktur
Dendritische Filopodien sind dünn und haarartig. Sie haben eine Länge, die mindestens doppelt so breit ist, und sie zeigen nicht den Knollenkopf an dendritischen Stacheln . Filopodien enthalten keine der meisten zellulären Organellen und bestehen hauptsächlich aus Aktin- Zytoskelett-Elementen. Synaptische Kontakte können nicht nur am Ende entlang der Länge der Filopodien auftreten.
Rolle bei der synaptischen Übertragung
Dendritische Filopodien können in bestimmten Regionen des Nervensystems die Stelle von Synapsen sein. Bei einigen neuronalen Zelltypen, wie beispielsweise bei Ganglienzellen der Netzhaut von Ratten, sind keine dendritischen Stacheln vorhanden, was darauf hindeutet, dass in diesen Fällen die Synaptogenese hauptsächlich an dendritischen Schäften oder an Filopodien selbst stattfindet. Filopodien können sowohl entlang der Länge des Filopodiums als auch an der Spitze mit benachbarten Axonen synapsen. Die synaptische Aktivität bei dendritischen Filopodien kann ihre Morphologie verändern oder ihre Umwandlung in dendritische Stacheln induzieren (siehe Umwandlung in Stacheln ).
Rolle in der Entwicklung
In den frühen Stadien der neuronalen Entwicklung sind dendritische Schäfte überwiegend von dendritischen Filopodien besiedelt. Allmählich nimmt die Anzahl der Filopodien ab, was mit einem Anstieg der Wirbelsäulenzahl einhergeht. Schließlich werden Stacheln die dominierende Struktur auf dendritischen Schäften, wobei nur wenige Filopodien vorhanden sind. Filopodien scheinen als Reaktion auf lokalisierte Glutamatimpulse zu wachsen, was darauf hindeutet, dass sie eine Rolle bei der Steuerung der dendritischen Verzweigung spielen könnten.
Umwandlung in Stacheln
Es kann leicht beobachtet werden, dass sich dendritische Filopodien in dendritische Stacheln verwandeln . Es wurde vorgeschlagen, dass Filopodien die Vorläufer für dendritische Stacheln darstellen können und dass ihre Vergänglichkeit und Motilität die Auswahl von synaptischen Partnern ermöglichen kann. Die Auswahl der synaptischen Partner kann von der nachgewiesenen synaptischen Aktivität in der Nähe des Filopodiums abhängen. Die lokalisierte Glutamat-Signalübertragung im Bereich der dendritischen Filopodien führt zu einer Verlängerung der Filopodienlänge, während die Blockierung der Glutamatrezeptoren die Anzahl der dendritischen Filopodien verringert. Daher können dendritische Filopodien von postsynaptischen Zellen verwendet werden, um vorbeiziehende Axone nachzuweisen. Nachdem der Kontakt zwischen dendritischem Filopodium und einem benachbarten Axon hergestellt wurde, zieht sich das Filopodium zurück und der Kopf schwillt an, wobei er eine eher wirbelsäulenartige Morphologie annimmt. In diesem Stadium gilt die Synapse als gereift und wird als stabiler wahrgenommen.
Obwohl beobachtet wurde , dass dendritische Filopodien zu dendritischen Stacheln werden , ist der Prozess, durch den dies geschieht, unbekannt. Studien haben berichtet, dass Filopodien mehr als ein Entwicklungsstadium durchlaufen können, bevor sie zu Stacheln werden , und dass die Clusterbildung bestimmter Proteine wie Drebrin verwendet werden kann, um die Reife von Filopodien zu identifizieren. Reife Stacheln enthalten Anreicherungen von PSD95-Protein an ihren Wirbelsäulenköpfen, und PSD95 wird häufig als Indikator für die Reife der Wirbelsäule verwendet. Dendritische Filopodien können jedoch auch ohne postsynaptische Dichteproteine wirbelsäulenähnliche Morphologien annehmen, was auf die Aktin- Remodellierung als den primären Prozess hinweist, der für die Entwicklung von Stacheln aus Filopodien verantwortlich ist. Zytoskelettale Analysen von Stacheln gegenüber Filopodien haben gezeigt, dass eine wirbelsäulenartige Morphologie mit einer höheren Anzahl von verzweigten Aktinfilamenten verbunden ist. Daher werden Proteine, die mit dem arp2 / 3-Komplex sowie F-Actin interagieren , auf ihre Beteiligung an diesem Prozess untersucht. Da Filopodien auch empfindlich auf lokale Konzentrationen von Glutamat reagieren , sind Proteine, die mit NMDA-Rezeptoren in dendritischen Filopodien interagieren, ebenfalls Kandidaten für die Regulation dieses Prozesses.
Rolle in der synaptischen Plastizität
Studien haben gezeigt, dass NMDAR-vermittelte synaptische Aktivität auf reifen dendritischen Strecken das Wachstum neuer Filopodien anregen kann, die sich später zu reifen Wirbelsäulensynapsen entwickeln können. Dieser Befund stellt eine mögliche Rolle für dendritische Filopodien bei der synaptischen Plastizität dar, da Filopodien selbst in reifen Neuronen als Vorläufer für reife Synapsen dienen können.
Rolle bei Krankheiten
Obwohl dendritische Filopodien bei keiner bestimmten Krankheit eine klare Rolle spielen, wurde im Gehirn von Patienten mit Autismus-Spektrum-Störungen eine ungewöhnlich hohe Anzahl von Filopodien gefunden. Dieser Phänotyp mit hoher Filopodie und niedriger Wirbelsäule kann darauf zurückzuführen sein, dass die Filopodien nicht richtig zu Stacheln reifen. Es wurde gezeigt, dass Mutationen im Gen SHANK3 ähnliche Phänotypen hervorrufen wie im Gehirn von Patienten mit diesen Störungen.