Neuronid suhtlevad üksteisega ristmikel, mida nimetatakse sünapsideks. Kui kaltsiumiioonid liiguvad "aktiivsetesse tsoonidesse", mis on asustatud keemilisi sõnumeid sisaldavate vesiikulitega, hakkavad nad "suhtlema". Vesiikulid "sulanduvad" elektriliselt laetud kaltsiumi tõttu presünaptiliste neuronite välismembraanidega, vabastades oma sidekemikaalid postsünaptilisse rakku.
Picoweri õppimise ja mälu instituudi uus uuring aadressil MIT näitab, kuidas neuronid seda elutähtsat infrastruktuuri loovad ja ülal hoiavad.
Kaltsiumikanalid on mootori oluline osa presünaptilisel küljel, mis muundab elektrilised signaalid keemiliseks sünaptiliseks ülekandeks, kuna need on kaltsiumi sissevoolu peamine määraja, mis seejärel põhjustab vesiikulite sulandumist. Kuid kuidas need aktiivsetes tsoonides kogunevad, oli ebaselge.
See uus uuring pakub vihjeid selle kohta, kuidas aktiivsed tsoonid kogunevad ja reguleerivad kaltsiumikanalite arvukust.
Troy Littleton, uue uuringu vanemautor ja MIT-i bioloogia ning aju- ja kognitiivteaduste osakondade neuroteaduste professor Menicon, ütles: "Teadaolevalt on presünaptiliste kaltsiumikanalite funktsiooni moduleerimisel märkimisväärne kliiniline toime. Nende kanalite reguleerimise algtaseme mõistmine on oluline.
Kas kaltsiumikanalid on aktiivsete tsoonide tekkeks hädavajalikud?
Teadlased tahtsid sellele küsimusele vastuse leida vastsetes. Tuleb märkida, et kärbse kaltsiumikanali geen (nimetatakse "kakofooniaks" või Cac) on nii oluline, et nad ei saa ilma selleta elada.
Selle asemel, et kogu kärbsest Cac välja lüüa, kasutasid teadlased tehnikat, et elimineerida Cac vaid ühest populatsioonist. neuronid. Seda tehes näitasid nad, et aktiivsed tsoonid arenevad regulaarselt isegi ilma CAC-ita.
Nad kasutasid ka teist tehnikat, mis pikendab kunstlikult kärbse vastsete staadiumi. Nad leidsid, et lisaaja korral jätkab aktiivne tsoon oma struktuuri ülesehitamist BRP-nimelise valgu abil, kuid Cac-i kogunemine lakkab pärast tavapärast kuut päeva.
Samuti leiti, et mõõdukas suurenemine või vähenemine saadaoleva Cac-i pakkumises neuronis ei mõjutanud seda, kui palju Cac-i igasse aktiivsesse tsooni jõudis. Oma üllatuseks leidsid nad, et kuigi Cac-i arv skaleeris iga aktiivse tsooni suurusega, ei muutunud see peaaegu üldse, kui nad vähendasid oluliselt aktiivse tsooni BRP-d. Tegelikult näis neuron kehtestavat iga aktiivse tsooni Cac kogusele püsiva piiri.
MIT postdoktor Karen Cunningham ütles: "See paljastas, et neuronil olid väga erinevad reeglid aktiivse tsooni struktuurvalkude jaoks, nagu BRP, mis aja jooksul kogunesid, võrreldes kaltsiumikanaliga, mis oli rangelt reguleeritud ja mille arvukus oli piiratud."
Lisaks Cac-pakkumisele või muutustele BRP-s peavad Cac-tasemeid nii rangelt reguleerima ka muud tegurid. Nad pöördusid alfa2delta poole.
Selle koguse ekspressiooniga geneetiliselt manipuleerides leidsid teadlased, et alfa2delta tasemed määrasid otseselt kindlaks, kui palju Cac-i aktiivsetes tsoonides kogunes. Täiendavad katsed näitasid ka, et neuroni üldine Cac-varustus jälgib alfa2delta võimet säilitada Cac-taset.
See viitab sellele, et selle asemel, et kontrollida Cac-i kogust aktiivsetes tsoonides selle stabiliseerimisega, toimis alfa2delta tõenäoliselt ülesvoolu Cac-i kaubitsemise ajal, et varustada ja uuesti varustada aktiivseid tsoone.
Kasutades kahte erinevat tehnikat, jälgisid nad seda varu. Nad koostasid ka selle mõõtmised ja ajastuse.
Cunningham valis hetke pärast mõnepäevast arendustööd aktiivsete tsoonide pildistamiseks ja mõõtis maastiku kindlakstegemiseks Cac arvukust. Seejärel pleegitas ta selle Cac-fluorestsentsi, et see kustutada. 24 tunni pärast visualiseeris ta Cac fluorestsentsi uuesti, et tõsta esile ainult uus Cac, mis selle 24 tunni jooksul aktiivsetesse tsoonidesse tarniti.
Ta täheldas, et Cac toimetati sel päeval peaaegu kõigisse aktiivsetesse tsoonidesse. Sellegipoolest oli see ühe päeva töö varasemate päevade kogunemisega võrreldes tühine. Ta nägi ka, et suuremad aktiivsed tsoonid kogusid rohkem sertifikaate kui väiksemad. Lisaks ei tarnitud muudetud alfa2delta kärbsemudelites peaaegu ühtegi uut CAC-i.
Järgmiseks ülesandeks oli määrata, millise tempoga Cac-kanalid aktiivsetest tsoonidest eemaldatakse. Selleks kasutasid teadlased värvimistehnikat fotokonverteeritava valguga Maple, mis oli märgistatud Cac-valguga. See võimaldas neil tema valitud ajal valgussähvatusega värvi muuta.
See näitab, kui palju Cac-i on teatud aja jooksul kogunenud (näidatud roheliselt), ja seejärel vilgub tuli, et Cac punaseks muuta. Viie päeva pärast oli peaaegu 30 protsenti punasest sertifikaadist asendatud uue rohelise sertifikaadiga. See Cac-i käive peatus, kui Cac-i kohaletoimetamise taset vähendati alfa2 delta muteerimise või Cac-i biosünteesi vähendamise kaudu.
Cunningham ütles: "See tähendab, et aktiivsetes tsoonides antakse iga päev ümber märkimisväärne kogus sertifikaate ja käibe põhjuseks on uus sertifikaadi tarnimine."
Littleton ütles, "Nüüd, kui kaltsiumikanalite arvukuse ja täiendamise reeglid on selged, tahan teada, kuidas need erinevad, kui neuronid läbivad plastilisuse - näiteks kui uus sissetulev teave nõuab, et neuronid kohandaksid oma suhtlust sünaptilise suhtluse suurendamiseks või vähendamiseks."
"Samuti soovin jälgida üksikuid kaltsiumikanaleid, kui need rakukehas tekivad, ja seejärel liikuda neuraksonit mööda alla aktiivsetesse tsoonidesse ning ta soovib kindlaks teha, millised teised geenid võivad Cac arvukust mõjutada."
Ajakirja viide:
- Karen L Cunningham, Chad W Sauvola, Sara Tavana, J Troy Littleton. Presünaptiliste Ca2+ kanalite arvukuse reguleerimine aktiivsetes tsoonides tarne ja käibe tasakaalu kaudu. Neuroscience. DOI: 10.7554 / eLife.78648
