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Famiglia della proteina di indagine dei ricercatori che aiuta il cervello per formare le sinapsi

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Thomas Südhof, MD, professore della fisiologia molecolare e cellulare, ha postulato che i isoforms differenti dei neurexins possono contribuire a generare i tipi differenti di collegamenti sinaptici permettendo ai nuerons di fare le mansioni complesse.

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I neuroscenziati e i bioengineers a Stanford stanno lavorando insieme per risolvere un mistero: Come fa la costruzione della natura i tipi differenti di sinapsi che collegano i neuroni, le cellule che controllano gli impulsi nervosi, i muscoli di controllo ed i pensieri della forma.

In una carta ha pubblicato negli atti dell'Accademia delle Scienze nazionale, Thomas Südhof, il MD, professore della fisiologia molecolare e cellulare ed il tremito dello Stephen, un professore della bioingegneria, descrive la diversità della famiglia del neurexin delle proteine.

Aiuto di Neurexins per generare le sinapsi che collegano i neuroni. Pensi alle sinapsi come i centralini o quadri di controllo che collegano i neuroni specifici quando queste cellule cerebrali devono lavorare insieme per effettuare un'operazione data. Gioco di Neurexins un ruolo chiave nella formazione e nel funzionamento di collegamenti sinaptici. Gli studi passati della genetica hanno collegato i neurexins a vari disordini conoscitivi, quali autismo e la schizofrenia.

Südhof, che ha ripartito il premio 2013 Nobel nella medicina, ha speso gli anni che studiano le molte forme differenti, o i isoforms, delle proteine del neurexin. Ha postulato che i isoforms differenti dei neurexins possono contribuire a generare i tipi differenti di collegamenti sinaptici con le proprietà e le funzioni distinte e così permette ai neuroni di agire in tal modo molte mansioni complesse.

Ma Südhof non ha avuto senso conoscere esattamente quanti isoforms dei neurexins sono esistito fino a che non si sedesse l'anno scorso con il tremito, il professore del Lee Otterson nella scuola dell'ingegneria. Il tremito ha aperto la strada ai nuovi sensi ordinare il DNA, il modello matrice che la natura segue quando fa le proteine.

Lo studio pubblicato in PNAS rappresenta i risultati di una collaborazione year-long fra i neuroscenziati e i bioengineers per capire più meglio come le proteine differenti del neurexin interessano il comportamento delle sinapsi e, infine, delle funzioni normali del cervello ed i termini neurologici quale autismo.

Benchè questa non sia l'ultima parola sull'oggetto, i risultati contribuiscono ad illuminare come gli impianti di cervello e migliorano la nostra comprensione dei disordini neurologici.

All'interno delle cellule, una macchina molecolare apre la chiusura lampo di una molecola double-stranded del DNA per generare una molecola del RNA. La molecola del RNA è una copia di tutte le istruzioni genetiche messe nel DNA. Ma soltanto le regioni specifiche di questa molecola del RNA contengono le istruzioni per la fabbricazione della proteina specifica. La cellula ha sensi rimuovere le regioni inutili ed impiombare le regioni di proteina-codificazione in una più breve molecola del RNA denominata RNA di messaggero o mRNA. Quindi, ogni mRNA contiene le istruzioni complete per la fabbricazione della proteina specifica.

Per per cominciare questo esperimento, Ozgun Gokce, un erudito postdoctoral nel laboratorio dello Südhof e Barbara Treutlein, un erudito postdoctoral nel laboratorio del tremito, cellule cerebrali estratte dalla corteccia prefrontal di un mouse, allora isolata il RNA contenuto in questo tessuto.

Da questo grande stagno di RNAs, hanno identificato i mRNAs per i neurexins. Hanno fatto funzionare quelle molecole del messaggero tramite apparecchiatura destinata per leggere l'intera sequenza delle istruzioni chimiche per la fabbricazione del isoform specifico nella famiglia del neurexin di proteina.

Il laboratorio del tremito è esperto a per mezzo di nuovi strumenti che permettono che i ricercatori indichino la sequenza lunga dei prodotti chimici in un filo del mRNA, permettenti affinchè loro accerti esattamente del che sensi questo messaggero sta trasportando al macchinario difabbricazione delle cellule.

“Questo esperimento non potrebbe essere fatto neppure alcuni anni fa,„ Treutlein ha detto.

I mRNAs per i neurexins sono catene molto lunghe dei nucleotidi? i prodotti chimici che mettono le informazioni in codice genetiche. Recentemente abbia soltanto strumenti stati capaci di lettura della sequenza esatta di tali catene lunghe del nucleotide.

La capacità di leggere l'intera sequenza di ogni mRNA era essenziale perché i neurexins hanno 25 parti costituenti. Ma non tutte queste parti sono usate ogni volta i neuroni producono una copia della proteina. Isoforms di neurexin ha combinazioni differenti di queste 25 parti possibili. Questo esperimento è stato destinato per scoprire quanti isoforms di neurexin sono esistito e quanto prevalente ciascuno di questi isoforms era.

I ricercatori hanno analizzato più di 25.000 mRNAs integrali del neurexin. Hanno trovato 450 varianti. Ogni variante ha omesso uno o più delle 25 componenti possibili. La maggior parte di questi isoforms hanno accaduto raramente. Una manciata ha rappresentato i isoforms predominanti.

Anche se gli scienziati della Stanford hanno ordinato 25.000 mRNAs per scoprire 450 varianti, credono che se fossero di ordinare ancor più mRNAs abbiano scoperto più isoforms? la loro stima è che almeno 2.500 isoforms della famiglia del neurexin esistono.

“Il fatto che vediamo tanti isoforms sostiene la teoria che queste varianti della proteina contribuiscono alla diversità enorme dei collegamenti sinaptici che i neuroscenziati hanno osservato,„ Treutlein ha detto.

L'esperimento solleva molte questioni per lo studio futuro. Per esempio, che funzioni sono effettuate dai isoforms predominanti contro le varianti rare? Come l'inclusione o l'esclusione delle componenti interessa quel isoform e la sinapsi in cui funziona?

“Questo esperimento era come un volo sopra il terreno,„ Gokce ha detto. “Ora dobbiamo andare giù ed esaminare i particolari.„