Observações in vivo do curso temporal e da distribuição das dinâmicas morfológicas nos arbustos de axônio retinotectal de Xenopus

Mudanças na estrutura neuronal podem contribuir para a plasticidade das conexões neuronais no sistema nervoso em desenvolvimento e maduro. No entanto, a expectativa de que ocorressem lentamente impediu muitos de considerar mudanças estruturais como um mecanismo subjacente à plasticidade sináptica que ocorre ao longo de minutos a horas. Fizemos imagens de confocal em tempo-lapse dos arbustos de axônio retinotectal para determinar o curso temporal, a magnitude e a distribuição de mudanças na estrutura do arbusto de axônio em girinos de Xenopus vivos. Imagens de axônios foram coletadas em intervalos de 3 min, 30 min e 2 h ao longo de períodos de observação total de até 8 h. Adições e retrações de ramificações em arbustos filmados em intervalos de 3 ou 30 min foram restritas a ramificações mais curtas. Os locais de adições e retrações estavam distribuídos por todo o arbusto. A vida média das ramificações foi de cerca de 10 min. Ramificações de até 10 micrômetros puderam ser adicionadas ao arbusto dentro de um único intervalo de observação de 3 min. Observações de arbustos em intervalos de 3 min mostraram mudanças rápidas na estrutura das pontas das ramificações, incluindo transições de cones de crescimento lamelar para pontas mais streamlined, colapsos de cones de crescimento e reextensões. Pontas de ramificações simples eram móveis e pareciam capazes de comportamento exploratório quando vistas em filmes de tempo-lapse. Em arbustos filmados em intervalos de 2 h ao longo de um total de 8 h, mudanças morfológicas incluíram ramificações mais longas, de dezenas de micrômetros de comprimento. Uma média de 50% do comprimento total da ramificação no arbusto foi remodelada dentro de 8 h. Os dados indicam que a elaboração do arbusto ocorre pela adição aleatória de ramificações por todo o arbusto, seguida pela estabilização seletiva de uma pequena fração das novas ramificações e pela retração da maioria das ramificações. Ramificações estabilizadas podem então se alongar e suportar a adição de mais ramificações. Esses dados mostram que mudanças estruturais em axônios pré-sinápticos podem ocorrer muito rapidamente, mesmo em arbustos complexos, e podem, portanto, desempenhar um papel em formas de plasticidade neuronal que operam em uma escala de tempo de minutos.