Οι συνάψεις αναφέρονται στα σημεία επαφής μεταξύ των νευρώνων όπου οι πληροφορίες μεταβιβάζονται από τον έναν νευρώνα στον επόμενο. Συνήθως εμφανίζονται μεταξύ του άξονα ενός νευρώνα και των δενδριτών άλλων νευρώνων. Μέχρι τώρα, δεν παρατηρήθηκαν ποτέ συνάψεις μεταξύ του νευράξονα του νευρώνα και του πρωτογενούς κροσσού.
Χρησιμοποιώντας μικροσκόπια υψηλής ανάλυσης και καινοτόμα εργαλεία, οι επιστήμονες στην ερευνητική πανεπιστημιούπολη Janelia του HHMI κοιτάζουν βαθιά στο κύτταρο και τις βλεφαρίδες για να παρατηρήσουν τη σύναψη. Ανακάλυψαν ένα νέο είδος συνάψεως στις μικροσκοπικές τρίχες στην επιφάνεια του νευρώνες. Αυτή η συγκεκριμένη σύναψη αντιπροσωπεύει έναν τρόπο αλλαγής αυτού που μεταγράφεται ή γίνεται στον πυρήνα, ο οποίος αλλάζει ολόκληρα προγράμματα.
Ο αρχηγός της Janelia Senior Group David Clapham, η ομάδα του οποίου ηγήθηκε της νέας έρευνας, είπε: «Τα αποτελέσματα στο κύτταρο δεν είναι μόνο βραχυπρόθεσμα, μερικά μπορεί να είναι μακροπρόθεσμα. Είναι σαν μια νέα αποβάθρα σε ένα κελί που δίνει express πρόσβαση στη χρωματίνη αλλαγές, κάτι που είναι πολύ σημαντικό επειδή η χρωματίνη αλλάζει τόσες πολλές πτυχές του κυττάρου».
Η ανακάλυψη αυτού του νέου είδους συνάψεων θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα πώς μεταδίδονται οι μακροπρόθεσμες κυτταρικές αλλαγές. ο βλεφαρίδες, που εκτείνονται από το εσωτερικό του κυττάρου, κοντά στον πυρήνα, στην επιφάνεια, μπορεί να προσφέρουν μια ταχύτερη και πιο εστιασμένη μέθοδο για τα κύτταρα να πραγματοποιήσουν αυτές τις μακροπρόθεσμες αλλοιώσεις.
Τα κυλινδροειδή οργανίδια που μοιάζουν με τρίχες προσκολλημένα στην κυτταρική επιφάνεια- παίζουν ουσιαστικό ρόλο στην κυτταρική διαίρεση κατά την ανάπτυξη. Ωστόσο, παραμένει αδιευκρίνιστο γιατί άλλα κύτταρα στο σώμα μας, συμπεριλαμβανομένων των νευρώνων, διατήρησαν αυτή την προεξοχή που μοιάζει με τρίχα, σε μέγεθος βακτηρίου μέχρι την ωριμότητα.
Λόγω του γεγονότος ότι αυτές οι βλεφαρίδες ήταν δύσκολο να τις δούμε χρησιμοποιώντας συμβατικές μεθόδους απεικόνισης, οι επιστήμονες γενικά τις έχουν παραβλέψει. Ωστόσο, οι πιο πρόσφατες εξελίξεις στην τεχνολογία απεικόνισης έχουν προκαλέσει ενδιαφέρον για αυτά τα μικροσκοπικά εξαρτήματα.
Χρησιμοποιώντας εστιασμένη ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης δέσμης ιόντων ή FIB-SEM, οι επιστήμονες ρίχνουν μια ματιά στις βλεφαρίδες. Παρατήρησαν μια σύνδεση, ή σύναψη, μεταξύ του νευρώνα νευράξονα και η βλεφαρίδα που προεξέχει έξω από το κυτταρικό σώμα. Η ομάδα αναφέρεται σε αυτές τις συνδέσεις ως συνάψεις «αξονικού κηλίου» ή «αξονικού κηλίου» λόγω των δομικών ομοιοτήτων τους με εκείνες των γνωστών συνάψεων.
Αργότερα, οι επιστήμονες ανέπτυξαν νέους βιοαισθητήρες και χημικά εργαλεία για να προσδιορίσουν τη Λειτουργία αυτής της νέας σύναψης. Χρησιμοποίησαν απεικόνιση φθορισμού διάρκειας ζωής (FLIM) για καλύτερες μετρήσεις βιοχημικών γεγονότων μέσα στις βλεφαρίδες.
Ο Shu-Hsien Sheu, ανώτερος επιστήμονας στο Janelia και ο πρώτος συγγραφέας της νέας μελέτης, είπε: «Έμαθα το FLIM κατά τη διάρκεια της πανδημίας να αντιμετωπίζω ορισμένες από τις τεχνικές προκλήσεις. Αποδείχθηκε ότι άλλαξε το παιχνίδι».
Χρησιμοποιώντας αυτά τα εργαλεία, οι επιστήμονες έδειξαν σταδιακά πώς ο νευροδιαβιβαστής σεροτονίνης απελευθερώνεται από τον άξονα στους υποδοχείς στις βλεφαρίδες. Αυτό ενεργοποιεί έναν καταρράκτη σηματοδότησης που ανοίγει τη δομή της χρωματίνης και επιτρέπει αλλαγές στο γονιδιωματικό υλικό στον πυρήνα του κυττάρου.
Ο Σέου είπε, «Η λειτουργία είναι αυτό που κάνει τις στατικές δομές να ζωντανεύουν. Μόλις βεβαιωθήκαμε για το δομικό εύρημα, εξετάσαμε βαθιά τις λειτουργικές του ιδιότητες».
Ο Σέου λέει, «Η ερευνητική φιλοσοφία του HHMI με γνώμονα την περιέργεια επέτρεψε το Discovery, κάτι που μπορεί να μην ήταν δυνατό σε ένα παραδοσιακό ερευνητικό περιβάλλον. Αυτό είναι ένα καλό παράδειγμα για το πώς μπορούμε να κάνουμε παρατηρήσεις σε ανακαλύψεις».
Επιστήμονες Σημειώνεται, «Επειδή τα σήματα που περνούν κατά μήκος της ακτινωτής σύναψης επιτρέπουν αλλαγές στο γονιδιωματικό υλικό στον πυρήνα, είναι πιθανώς υπεύθυνα για μακροπρόθεσμες αλλαγές στους νευρώνες από τα σήματα που μεταδίδονται από τους άξονες στους δενδριτών. Αυτές οι αλλαγές θα μπορούσαν να διαρκέσουν από ώρες σε ημέρες έως χρόνια, ανάλογα με τις πρωτεΐνες που κωδικοποιεί η χρωματίνη».
Οι επιστήμονες παρατήρησαν κυρίως υποδοχείς για τη σεροτονίνη. Υπάρχουν τουλάχιστον επτά έως 10 άλλοι υποδοχείς στις βλεφαρίδες για διαφορετικούς νευροδιαβιβαστές που θα πρέπει τώρα να εξεταστούν. Οι κηλίδες σε άλλα κύτταρα πέρα από τον εγκέφαλο, όπως το συκώτι και τα νεφρά, αξίζουν επίσης μια πιο προσεκτική ματιά.
Μια καλύτερη κατανόηση του ρόλου αυτών των ακτινωτών συνάψεων και υποδοχέων θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να αναπτύξουν πιο επιλεκτικά φάρμακα. Τα φάρμακα που στοχεύουν τους μεταφορείς σεροτονίνης χρησιμοποιούνται για τη θεραπεία της κατάθλιψης, ενώ η σεροτονίνη συνδέεται επίσης με τον κύκλο ύπνου-εγρήγορσης.
Αναφορά στο περιοδικό:
- Shu-Hsien Sheu, Srigokul Upadhyayula, Vincent Dupuy, et al. Μια σεροτονινεργική σύναψη άξονα-κιλλίου οδηγεί την πυρηνική σηματοδότηση για να αλλάξει την προσβασιμότητα της χρωματίνης. ΚύτταροΕ DOI: 10.1016 / j.cell.2022.07.026
