Mechanosensing is critical for axon growth in the developing brain

机械敏感通道 神经科学 机械转化 生长锥 生物 轴突引导 轴突 视网膜神经节细胞 寻路 离子通道 细胞生物学 解剖 视网膜 图形 离散数学 受体 生物化学 数学 最短路径问题
作者
David E. Koser,Amelia J. Thompson,Sarah K. Foster,Asha Dwivedy,Eva K. Pillai,Graham K. Sheridan,Hanno Svoboda,Matheus P. Viana,Luciano da Fontoura Costa,Jochen Guck,Christine E. Holt,Kristian Franze
出处
期刊:Nature Neuroscience [Nature Portfolio]
卷期号:19 (12): 1592-1598 被引量:669
标识
DOI:10.1038/nn.4394
摘要

Much of what is known about nervous system development is based on chemical signaling. In this study, Koser et al. demonstrate that developing neurons also respond to mechanical signals and that local tissue stiffness is a regulator of neuronal growth in vivo. During nervous system development, neurons extend axons along well-defined pathways. The current understanding of axon pathfinding is based mainly on chemical signaling. However, growing neurons interact not only chemically but also mechanically with their environment. Here we identify mechanical signals as important regulators of axon pathfinding. In vitro, substrate stiffness determined growth patterns of Xenopus retinal ganglion cell axons. In vivo atomic force microscopy revealed a noticeable pattern of stiffness gradients in the embryonic brain. Retinal ganglion cell axons grew toward softer tissue, which was reproduced in vitro in the absence of chemical gradients. To test the importance of mechanical signals for axon growth in vivo, we altered brain stiffness, blocked mechanotransduction pharmacologically and knocked down the mechanosensitive ion channel piezo1. All treatments resulted in aberrant axonal growth and pathfinding errors, suggesting that local tissue stiffness, read out by mechanosensitive ion channels, is critically involved in instructing neuronal growth in vivo.
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