Welche Faktoren beeinflussen das Axonwachstum?
Das Axonwachstum und die Faktoren, die es beeinflussen, spielen eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Schaltkreise des Gehirns. Molekulare Gradienten und Konzentrationen sowie Zündmuster bestimmen die Richtung des axonalen Wachstums und wo dieses Axon seine Synapsen bildet. In der wissenschaftlichen Gemeinschaft werden erhebliche Anstrengungen unternommen, um alle Faktoren, die das Axonwachstum bestimmen, zu katalogisieren und einen umfassenden Überblick zu verschaffen. Der Prozess des Axonwachstums und die damit verbundene Synapsenbildung steuern, welche Zellen im Gehirn direkt miteinander kommunizieren und wie Informationen verarbeitet werden.
Semaphorine und Plexine sind Klassen von Molekülen, die im Gehirn exprimiert werden. Sie können entweder als Liganden auf Zelloberflächen oder als frei schwebende, freigesetzte Moleküle exprimiert werden, die im Gehirn Molekulardichtegradienten bilden. Bei bestimmten Konzentrationen haben sie die Fähigkeit, Axone bestimmter Zelltypen anzuziehen, um auf sie zuzuwachsen, und bei anderen Konzentrationen haben sie die Fähigkeit, als Abwehrmittel zu wirken. Dies ermöglicht es ihnen, während der Axonwachstumsphasen als Führer zu fungieren, aber zu vermeiden, einfach alle lokalen Axone zu ziehen, um in Richtung der Zelle zu wachsen und die molekularen Leitmoleküle freizusetzen.
Es gibt noch weitere Axon-Wachstumsassoziationen, die im Sprichwort "Zellen, die zusammen feuern, verdrahten" ausgedrückt werden. Das heißt, Zellen bestimmter Klassentypen oder Zellen, die eine bestimmte Informationsklasse verarbeiten, haben eine bestimmte Wahrscheinlichkeit, Synapsen mit anderen Zellen in neuronalen Schaltungsmotiven zu bilden. Dieses Phänomen erzeugt wiederholte Schaltungsmuster im Gehirn, anhand derer Wissenschaftler besser verstehen können, wie das Gehirn Informationen verarbeitet.
Sehr früh in der zellulären Entwicklung hat ein Neuron viele undifferenzierte Neuriten. Diese zellulären somatischen Prozesse bleiben unbestimmt, bis bestimmte Umstände eintreten, wie der Kontakt mit anderen nahe gelegenen Zellen oder die Exposition gegenüber bestimmten Molekülen oder Wachstumsfaktoren, die eine Differenzierung bewirken, wobei ein Neurit zu einem Axon wird und die verbleibenden Neuriten auf der Zelle Soma als Dendriten entstehen. Wenn dies geschieht, beginnt sich der Neurit, der zum Axon wird, zu verlängern und axonähnliche Eigenschaften zu entwickeln. Diese Eigenschaften umfassen einen Mangel an dendritischen Stacheln, ein dünneres Erscheinungsbild als die anderen Neuriten und übliche endständige Arborizierungen.
Während der Entwicklung des Gehirns neigen Axone auch dazu, in Richtungen zu wachsen, die später mit zunehmender Reife des Organismus abgeschnitten werden. Dies wird als evolutionärer Rückschritt angesehen, da diese Eingaben möglicherweise einmal verwendet wurden, aber nicht mehr sind, ähnlich wie ein menschlicher Fötus einen Schwanz entwickelt, diese Eigenschaft jedoch bald verschwindet. Während es überflüssig erscheinen mag, Axonwachstum nur zu entwickeln, um konsequent zurückgeschnitten zu werden, muss man die vielen Faktoren berücksichtigen, die die Art und Weise bestimmt haben, in der sich neuronale Schaltkreise gebildet haben. Ein wenig scheinbare Redundanz in der Entwicklung könnte ihre eigenen Verwendungen haben, die derzeit über das wissenschaftliche Verständnis hinausgehen.