Published August 9, 2018
| Version v1
Publication
Open
Bundles of Brain Microtubules Generate Electrical Oscillations
Creators
- 1. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
- 2. University of Buenos Aires
Description
Microtubules (MTs) are long cylindrical structures of the cytoskeleton that control cell division, intracellular transport, and the shape of cells. MTs also form bundles, which are particularly prominent in neurons, where they help define axons and dendrites. MTs are bio-electrochemical transistors that form nonlinear electrical transmission lines. However, the electrical properties of most MT structures remain largely unknown. Here we show that bundles of brain MTs spontaneously generate electrical oscillations and bursts of electrical activity similar to action potentials. Under intracellular-like conditions, voltage-clamped MT bundles displayed electrical oscillations with a prominent fundamental frequency at 39 Hz that progressed through various periodic regimes. The electrical oscillations represented, in average, a 258% change in the ionic conductance of the MT structures. Interestingly, voltage-clamped membrane-permeabilized neurites of cultured mouse hippocampal neurons were also capable of both, generating electrical oscillations, and conducting the electrical signals along the length of the structure. Our findings indicate that electrical oscillations are an intrinsic property of brain MT bundles, which may have important implications in the control of various neuronal functions, including the gating and regulation of cytoskeleton-regulated excitable ion channels and electrical activity that may aid and extend to higher brain functions such as memory and consciousness.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
الأنابيب الدقيقة (MTs) هي هياكل أسطوانية طويلة للهيكل الخلوي تتحكم في انقسام الخلايا والنقل داخل الخلايا وشكل الخلايا. تشكل متس أيضا حزم، والتي هي بارزة بشكل خاص في الخلايا العصبية، حيث أنها تساعد على تحديد المحاور والتغصنات. MTs هي ترانزستورات كهروكيميائية حيوية تشكل خطوط نقل كهربائية غير خطية. ومع ذلك، لا تزال الخصائص الكهربائية لمعظم هياكل الترجمة الآلية غير معروفة إلى حد كبير. هنا نظهر أن حزم من متس الدماغ تولد تلقائيا التذبذبات الكهربائية وانفجارات النشاط الكهربائي مماثلة لجهود العمل. في ظل الظروف الشبيهة بالخلية، أظهرت حزم الترجمة الآلية المثبتة بالجهد تذبذبات كهربائية بتردد أساسي بارز عند 39 هرتز والتي تقدمت من خلال أنظمة دورية مختلفة. تمثل التذبذبات الكهربائية، في المتوسط، تغييرًا بنسبة 258 ٪ في التوصيل الأيوني لهياكل الترجمة الآلية. ومن المثير للاهتمام أن الخلايا العصبية المتخللة بالغشاء المثبت بالجهد من الخلايا العصبية الحصينية المستزرعة للفأر كانت قادرة أيضًا على كليهما، وتوليد التذبذبات الكهربائية، وإجراء الإشارات الكهربائية على طول الهيكل. تشير النتائج التي توصلنا إليها إلى أن التذبذبات الكهربائية هي خاصية جوهرية لحزم الترجمة الآلية للدماغ، والتي قد يكون لها آثار مهمة في التحكم في الوظائف العصبية المختلفة، بما في ذلك إغلاق وتنظيم القنوات الأيونية القابلة للاستثارة التي تنظمها الهياكل الخلوية والنشاط الكهربائي الذي قد يساعد ويمتد إلى وظائف الدماغ العليا مثل الذاكرة والوعي.Translated Description (French)
Les microtubules (MT) sont de longues structures cylindriques du cytosquelette qui contrôlent la division cellulaire, le transport intracellulaire et la forme des cellules. Les MT forment également des faisceaux, qui sont particulièrement importants dans les neurones, où ils aident à définir les axones et les dendrites. Les MT sont des transistors bio-électrochimiques qui forment des lignes de transmission électrique non linéaires. Cependant, les propriétés électriques de la plupart des structures MT restent largement inconnues. Ici, nous montrons que des faisceaux de MT cérébrales génèrent spontanément des oscillations électriques et des rafales d'activité électrique similaires à des potentiels d'action. Dans des conditions de type intracellulaire, les faisceaux MT bloqués en tension présentaient des oscillations électriques avec une fréquence fondamentale proéminente à 39 Hz qui progressaient à travers divers régimes périodiques. Les oscillations électriques représentaient, en moyenne, une variation de 258% de la conductance ionique des structures MT. Il est intéressant de noter que les neurites perméabilisés par la membrane à tension serrée des neurones hippocampiques de souris en culture étaient également capables des deux, générant des oscillations électriques et conduisant les signaux électriques sur la longueur de la structure. Nos résultats indiquent que les oscillations électriques sont une propriété intrinsèque des faisceaux de MT cérébraux, ce qui peut avoir des implications importantes dans le contrôle de diverses fonctions neuronales, y compris le déclenchement et la régulation des canaux ioniques excitables régulés par le cytosquelette et l'activité électrique qui peuvent aider et s'étendre à des fonctions cérébrales plus élevées telles que la mémoire et la conscience.Translated Description (Spanish)
Los microtúbulos (MT) son estructuras cilíndricas largas del citoesqueleto que controlan la división celular, el transporte intracelular y la forma de las células. Las MT también forman haces, que son particularmente prominentes en las neuronas, donde ayudan a definir axones y dendritas. Los MT son transistores bioelectroquímicos que forman líneas de transmisión eléctrica no lineales. Sin embargo, las propiedades eléctricas de la mayoría de las estructuras de MT siguen siendo en gran parte desconocidas. Aquí mostramos que los haces de MT cerebrales generan espontáneamente oscilaciones eléctricas y ráfagas de actividad eléctrica similares a los potenciales de acción. En condiciones similares a las intracelulares, los haces de MT con fijación de voltaje mostraron oscilaciones eléctricas con una frecuencia fundamental prominente a 39 Hz que progresó a través de varios regímenes periódicos. Las oscilaciones eléctricas representaron, en promedio, un cambio del 258% en la conductancia iónica de las estructuras de MT. Curiosamente, las neuritas permeabilizadas por membrana con fijación de voltaje de neuronas cultivadas del hipocampo de ratón también fueron capaces de generar oscilaciones eléctricas y conducir las señales eléctricas a lo largo de la longitud de la estructura. Nuestros hallazgos indican que las oscilaciones eléctricas son una propiedad intrínseca de los haces de MT cerebrales, que pueden tener implicaciones importantes en el control de varias funciones neuronales, incluida la activación y regulación de los canales de iones excitables regulados por el citoesqueleto y la actividad eléctrica que puede ayudar y extenderse a funciones cerebrales superiores como la memoria y la conciencia.Files
s41598-018-30453-2.pdf.pdf
Files
(3.7 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:d72b46bdb37a0ae6473279fa030b015d
|
3.7 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تولد حزم الأنابيب الدقيقة في الدماغ تذبذبات كهربائية
- Translated title (French)
- Les faisceaux de microtubules cérébraux génèrent des oscillations électriques
- Translated title (Spanish)
- Paquetes de microtúbulos cerebrales generan oscilaciones eléctricas
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2887274298
- DOI
- 10.1038/s41598-018-30453-2
References
- https://openalex.org/W1566370426
- https://openalex.org/W1670909519
- https://openalex.org/W189652943
- https://openalex.org/W1965343724
- https://openalex.org/W1976285635
- https://openalex.org/W1978282074
- https://openalex.org/W1997122736
- https://openalex.org/W2001310533
- https://openalex.org/W2003689388
- https://openalex.org/W2007094590
- https://openalex.org/W2008230330
- https://openalex.org/W2014636427
- https://openalex.org/W2016776896
- https://openalex.org/W2017350971
- https://openalex.org/W2019897206
- https://openalex.org/W2028229711
- https://openalex.org/W2029582401
- https://openalex.org/W2035413108
- https://openalex.org/W2036572722
- https://openalex.org/W2039270622
- https://openalex.org/W2044878965
- https://openalex.org/W2045756787
- https://openalex.org/W2049225918
- https://openalex.org/W2056846690
- https://openalex.org/W2061463538
- https://openalex.org/W2066878270
- https://openalex.org/W2075397145
- https://openalex.org/W2085089339
- https://openalex.org/W2086236344
- https://openalex.org/W2094025678
- https://openalex.org/W2096572443
- https://openalex.org/W2099975374
- https://openalex.org/W2106930429
- https://openalex.org/W2108261488
- https://openalex.org/W2108798512
- https://openalex.org/W2149122765
- https://openalex.org/W2157319245
- https://openalex.org/W2164333417
- https://openalex.org/W2228392744
- https://openalex.org/W2332995430
- https://openalex.org/W2415732408
- https://openalex.org/W2418916350
- https://openalex.org/W2489461032
- https://openalex.org/W2506983181
- https://openalex.org/W4361960923
- https://openalex.org/W997659376