سیناپس ها به نقاط تماس بین نورون ها اشاره دارند که در آن اطلاعات از یک نورون به نورون بعدی منتقل می شود. آنها معمولا بین آکسون یک نورون و دندریت نورون های دیگر رخ می دهند. تا به حال، سیناپس ها بین آکسون نورون و مژک اولیه هرگز مشاهده نشده بود.
دانشمندان پردیس تحقیقاتی Janelia در HHMI با استفاده از میکروسکوپ‌های با وضوح بالا و ابزارهای نوآورانه، به اعماق سلول و مژک‌ها نگاه می‌کنند تا سیناپس را مشاهده کنند. آنها نوع جدیدی از سیناپس را در موهای ریز روی سطح کشف کردند نورون ها. این سیناپس خاص نشان دهنده راهی برای تغییر آنچه در هسته رونویسی یا ساخته می شود، کل برنامه ها را تغییر می دهد.
دیوید کلافام، رهبر گروه ارشد جانلیا، که تیم او پژوهش جدید را رهبری می کرد، گفت: اثرات در سلول فقط کوتاه مدت نیست، برخی می تواند بلندمدت باشد. این مانند یک داک جدید روی یک سلول است که اکسپرس می دهد دسترسی به کروماتین تغییرات، که بسیار مهم است زیرا کروماتین بسیاری از جنبه های سلول را تغییر می دهد.
کشف این نوع جدید از سیناپس می تواند به دانشمندان کمک کند تا درک بهتری از نحوه انتقال تغییرات طولانی مدت سلولی داشته باشند. این مژگانکه از داخل سلول، نزدیک به هسته، تا سطح گسترش می‌یابد، ممکن است روشی سریع‌تر و متمرکزتر برای سلول‌ها برای انجام این تغییرات طولانی‌مدت ارائه دهد.
اندامک‌های موی ریز که به سطح سلول متصل شده‌اند، نقش اساسی در تقسیم سلولی در طول تکامل دارند. با این حال، هنوز مشخص نیست که چرا سلول‌های دیگر بدن ما، از جمله نورون‌ها، این برآمدگی مو مانند و به اندازه باکتری را تا بلوغ حفظ کرده‌اند.
با توجه به این واقعیت که دیدن این مژک ها با استفاده از روش های تصویربرداری مرسوم چالش برانگیز بود، دانشمندان به طور کلی آنها را نادیده گرفتند. با این حال، پیشرفت‌های اخیر در فناوری تصویربرداری، علاقه به این زائده‌های کوچک را ایجاد کرده است.
دانشمندان با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی پرتو یون متمرکز یا FIB-SEM، نگاهی به مژک انداختند. آنها یک ارتباط یا سیناپس را بین نورون مشاهده کردند آکسون و مژک بیرون زده خارج از بدن سلولی. این تیم به دلیل شباهت ساختاری آنها به سیناپس های شناخته شده، این اتصالات را به عنوان سیناپس های "آکسون-سیلیوم" یا "آکسو-سیلیاری" می نامند.
بعدها، دانشمندان حسگرهای زیستی و ابزارهای شیمیایی جدیدی برای تعیین عملکرد این سیناپس جدید ایجاد کردند. آنها از تصویربرداری طول عمر فلورسانس (FLIM) برای اندازه گیری بهتر رویدادهای بیوشیمیایی داخل مژک استفاده کردند.
Shu-Hsien Sheu، دانشمند ارشد در Janelia و اولین نویسنده مطالعه جدید، گفت: من FLIM را در طول همه‌گیری یاد گرفتم تا به برخی از چالش‌های فنی رسیدگی کنم. معلوم شد که بازی را تغییر می دهد.»
با استفاده از این ابزار، دانشمندان به صورت گام به گام نحوه انتقال دهنده عصبی را نشان دادند سروتونین از آکسون بر روی گیرنده های مژک آزاد می شود. این باعث ایجاد یک آبشار سیگنالی می شود که ساختار کروماتین را باز می کند و اجازه می دهد تا مواد ژنومی در هسته سلول را تغییر دهد.
شو گفت "عملکرد چیزی است که ساختارهای ایستا را زنده می کند. هنگامی که از یافته‌های ساختاری مطمئن شدیم، ویژگی‌های عملکردی آن را عمیقاً بررسی کردیم.
شو می گوید «فلسفه تحقیق کنجکاوی محور HHMI کشف را فعال کرد، که ممکن است در یک محیط تحقیقاتی سنتی امکان پذیر نباشد. این مثال خوبی است از اینکه چگونه می‌توانیم مشاهدات را به اکتشاف تبدیل کنیم.»
دانشمندان اشاره کرد, از آنجایی که سیگنال‌هایی که از سیناپس مژگانی ارسال می‌شوند، تغییراتی را در مواد ژنومی در هسته ایجاد می‌کنند، احتمالاً مسئول تغییرات طولانی‌مدت در نورون‌ها نسبت به سیگنال‌های ارسالی از آکسون‌ها به سلول‌های عصبی هستند. دندریت ها. این تغییرات بسته به پروتئین های کدکننده کروماتین می تواند از ساعت ها تا روزها تا سال ها ادامه داشته باشد.
دانشمندان عمدتاً گیرنده های سروتونین را مشاهده کردند. حداقل هفت تا 10 گیرنده دیگر روی مژک برای انتقال دهنده های عصبی مختلف وجود دارد که اکنون باید بررسی شوند. گل مژه روی سلول های دیگر فراتر از مغز، مانند کبد و کلیه، نیز شایسته نگاه دقیق تر است.
درک بهتر نقش این سیناپس ها و گیرنده های مژگانی می تواند به دانشمندان کمک کند تا داروهای انتخابی تری تولید کنند. داروهایی که ناقل های سروتونین را هدف قرار می دهند برای درمان افسردگی استفاده می شوند، در حالی که سروتونین نیز با چرخه خواب و بیداری ما مرتبط است.
مرجع مجله:
- Shu-Hsien Sheu، Srigokul Upadhyayula، Vincent Dupuy، و همکاران. یک سیناپس آکسون-سیلیم سروتونرژیک سیگنال‌های هسته‌ای را برای تغییر دسترسی کروماتین هدایت می‌کند. سلولبه DOI: 10.1016 / j.cell.2022.07.026
