Membrane mechanics dictate axonal pearls-on-a-string morphology and function

轴突 生物物理学 神经科学 化学 解剖 生物 生物化学
作者
Jacqueline M. Griswold,Mayte Bonilla-Quintana,Renee E. Pepper,Christopher T. Lee,Sumana Raychaudhuri,Siyi Ma,Quan Gan,Sarah Syed,Cuncheng Zhu,Miriam Bell,Mitsuo Suga,Yuuki Yamaguchi,Ronan Chéreau,U. Valentin Nägerl,Graham Knott,Padmini Rangamani,Shigeki Watanabe
出处
期刊:Nature Neuroscience [Springer Nature]
标识
DOI:10.1038/s41593-024-01813-1
摘要

Abstract Axons are ultrathin membrane cables that are specialized for the conduction of action potentials. Although their diameter is variable along their length, how their morphology is determined is unclear. Here, we demonstrate that unmyelinated axons of the mouse central nervous system have nonsynaptic, nanoscopic varicosities ~200 nm in diameter repeatedly along their length interspersed with a thin cable ~60 nm in diameter like pearls-on-a-string. In silico modeling suggests that this axon nanopearling can be explained by membrane mechanical properties. Treatments disrupting membrane properties, such as hyper- or hypotonic solutions, cholesterol removal and nonmuscle myosin II inhibition, alter axon nanopearling, confirming the role of membrane mechanics in determining axon morphology. Furthermore, neuronal activity modulates plasma membrane cholesterol concentration, leading to changes in axon nanopearls and causing slowing of action potential conduction velocity. These data reveal that biophysical forces dictate axon morphology and function, and modulation of membrane mechanics likely underlies unmyelinated axonal plasticity.
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