synapse pruning Dotaz Zobrazit nápovědu
Regulation of axon guidance and pruning of inappropriate synapses by class 3 semaphorins are key to the development of neural circuits. Collapsin response mediator protein 2 (CRMP2) has been shown to regulate axon guidance by mediating semaphorin 3A (Sema3A) signaling; however, nothing is known about its role in synapse pruning. Here, using newly generated crmp2-/- mice we demonstrate that CRMP2 has a moderate effect on Sema3A-dependent axon guidance in vivo, and its deficiency leads to a mild defect in axon guidance in peripheral nerves and the corpus callosum. Surprisingly, crmp2-/- mice display prominent defects in stereotyped axon pruning in hippocampus and visual cortex and altered dendritic spine remodeling, which is consistent with impaired Sema3F signaling and with models of autism spectrum disorder (ASD). We demonstrate that CRMP2 mediates Sema3F signaling in primary neurons and that crmp2-/- mice display ASD-related social behavior changes in the early postnatal period as well as in adults. Together, we demonstrate that CRMP2 mediates Sema3F-dependent synapse pruning and its dysfunction shares histological and behavioral features of ASD.
- MeSH
- dendritické trny MeSH
- membránové proteiny fyziologie MeSH
- mezibuněčné signální peptidy a proteiny genetika MeSH
- myši knockoutované MeSH
- myši MeSH
- neurony MeSH
- neuroplasticita MeSH
- poruchy autistického spektra * MeSH
- proteiny nervové tkáně genetika fyziologie MeSH
- semaforiny * MeSH
- signální transdukce MeSH
- zvířata MeSH
- Check Tag
- myši MeSH
- zvířata MeSH
- Publikační typ
- časopisecké články MeSH
- práce podpořená grantem MeSH
Neuroplastické děje mohou být založeny na modulaci přenosu signálu na synapsích (např. výdeje transmiteru, aktivity receptorů na postsynaptické membráně, změn účinnosti přenosu v postsynaptickém oddílu) nebo mohou být podmíněny změnami vztahů mezi neurony (např. změnami počtu a druhu synapsí, smyslu zapojení jednotlivých prvků neuronálních okruhů). Výsledné změny se pak mohou nacházet v komunikaci mezi jednotlivými neurony (synaptická úroveň), v činnosti místních neuronálních okruhů (úroveň lokálních okruhů), nebo ve vztazích jednotlivých funkčních mozkových celků (multimodulární úroveň). Podstatou neuroplasticity mohou být změny stavby, prokazatelné morfologickými metodami, což se uplatňuje zejména za vývoje a v reakci na poškození (vznik a zánik neuronů, růst jejich výběžků a trnů, přebudování, případně vytváření nových synapsí). Jemnější metody však prokazují, že změny mohou být i na úrovni molekulární (aktivita enzymů, zejména aktivace proteosyntézy a změny ve tvorbě a výdeji mediátorů a modulátorů, aktivace receptorů, úprava aktivity iontových kanálů). Obě úrovně neuroplastických dějů se promítají do změn funkčních parametrů synaptického přenosu. Projevy plasticity mají proto obdobný základ, bez ohledu na příčinu, která je vyvolala, a na oddíl CNS, ve které probíhají.
Neuroplastic mechanisms are based on a modulation of the signal transmission over synapses (e.g., the transmitter release, activity of postsynaptic receptors, efficiency changes in the transmission in the postsynaptic segment). They can be related to the interneuronal relations changes (e.g., number of certain types of synapses, significance of the wiring of different elements of the neuronal circuits). Resulting changes may occur in the communication between neurons (synaptic level), in the activity of the local neuronal circuits (level of local circuits) or in the relations between individual functional brain systems (multimodular level). Neuroplasticity might be based on structural changes, which can be revealed by morphological methods. Such forms of plasticity are more frequent during the development or as a reaction to injury (proliferation and decease of neurons, formation of their processes and spines, remodeling or formation of synapses). More specific methods have determined that these changes are located at the molecular level (enzyme activity, production and release of transmitters or modulators, receptor activation, modulation of ion channels). Both levels of neuroplastic mechanisms bring about changes of functional parameters of the synaptic transmission. Manifestations of plasticity have probably the same basis, irrespectively of a cause, which triggered them, or the brain region where they were accomplished.
Plasticita je specifická vlastnost nervového systému se vyvíjet, reagovat na změny vnitřního a zevního prostředí, případně se jim přizpůsobit, a to za fyziologických i patologických situací. Existují důkazy o dynamičnosti nervového systému, která je charakterizována rovnováhou mezi rigiditou a plasticitou, přičemž plastické změny neuronálních systémů využívají obecných společných mechanizmů. Výsledkem plasticity mohou být příznivé, ale i nepříznivé změny za vývoje (plasticita evoluční), při krátkodobé expozici (plasticita reaktivní), při dlouhodobé nebo opakované zátěži (plasticita adaptační) nebo při funkční, případně morfologické obnově poškozených neuronálních okruhů (plasticita reparační). Projevy plasticity mají obdobný základ bez ohledu na příčinu, která je vyvolala, a na oddíl CNS, ve kterém probíhají. Přitom nezralá nervová tkáň se jeví jako zvlášť plastická.
Plasticity is a specific endowment of the nervous system to develop, to react or to adjust to the internal and external environmental changes, both in the physiological and pathological conditions. Cumulative evidence has revealed the dynamism of the nervous system, based on the balance between the rigidity and plasticity. Different aspects of neuroplasticity can employ common general cellular mechanism. Effects of plasticity can be either positive or negative changes during the development (evolutional plasticity), after the short-term exposition (reactive plasticity), after the long-term or permanent stimuli (adaptational plasticity), and during functional or structural recovery of the damaged neuronal circuits (reparation plasticity). Manifestations of plasticity have probably the same basis, irrespective of a cause, which triggered them, or the brain region where they were accomplished. Activity of neuroplastic processes appears to be especially high in the immature nervous tissue.
- MeSH
- klasifikace MeSH
- neuroplasticita MeSH
- synapse MeSH
- vývojová biologie MeSH
- Publikační typ
- přehledy MeSH
All components of the CNS are surrounded by a diffuse extracellular matrix (ECM) containing chondroitin sulphate proteoglycans (CSPGs), heparan sulphate proteoglycans (HSPGs), hyaluronan, various glycoproteins including tenascins and thrombospondin, and many other molecules that are secreted into the ECM and bind to ECM components. In addition, some neurons, particularly inhibitory GABAergic parvalbumin-positive (PV) interneurons, are surrounded by a more condensed cartilage-like ECM called perineuronal nets (PNNs). PNNs surround the soma and proximal dendrites as net-like structures that surround the synapses. Attention has focused on the role of PNNs in the control of plasticity, but it is now clear that PNNs also play an important part in the modulation of memory. In this review we summarize the role of the ECM, particularly the PNNs, in the control of various types of memory and their participation in memory pathology. PNNs are now being considered as a target for the treatment of impaired memory. There are many potential treatment targets in PNNs, mainly through modulation of the sulphation, binding, and production of the various CSPGs that they contain or through digestion of their sulphated glycosaminoglycans.
- MeSH
- chondroitinsulfát proteoglykany * metabolismus MeSH
- dendrity metabolismus MeSH
- extracelulární matrix * metabolismus MeSH
- neurony metabolismus MeSH
- neuroplasticita fyziologie MeSH
- synapse metabolismus MeSH
- Publikační typ
- časopisecké články MeSH
- práce podpořená grantem MeSH
- přehledy MeSH
- Research Support, N.I.H., Extramural MeSH
- MeSH
- aktiny MeSH
- dendrity fyziologie chemie ultrastruktura MeSH
- lidé MeSH
- molekulární konformace MeSH
- mozková kůra fyziologie ultrastruktura MeSH
- neuroplasticita MeSH
- neurotransmiterové látky fyziologie MeSH
- synapse fyziologie chemie ultrastruktura MeSH
- zvířata MeSH
- Check Tag
- lidé MeSH
- zvířata MeSH
- Publikační typ
- přehledy MeSH
In neural computation, the essential information is generally encoded into the neurons via their spiking configurations, activation values or (attractor) dynamics. The synapses and their associated plasticity mechanisms are, by contrast, mainly used to process this information and implement the crucial learning features. Here, we propose a novel Turing complete paradigm of neural computation where the essential information is encoded into discrete synaptic states, and the updating of this information achieved via synaptic plasticity mechanisms. More specifically, we prove that any 2-counter machine-and hence any Turing machine-can be simulated by a rational-weighted recurrent neural network employing spike-timing-dependent plasticity (STDP) rules. The computational states and counter values of the machine are encoded into discrete synaptic strengths. The transitions between those synaptic weights are then achieved via STDP. These considerations show that a Turing complete synaptic-based paradigm of neural computation is theoretically possible and potentially exploitable. They support the idea that synapses are not only crucially involved in information processing and learning features, but also in the encoding of essential information. This approach represents a paradigm shift in the field of neural computation.
