نورون ها در اتصالاتی به نام سیناپس با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند. وقتی یون‌های کلسیم به سمت «مناطق فعال» حرکت می‌کنند که مملو از وزیکول‌های حاوی پیام‌های شیمیایی است، شروع به «ارتباط» می‌کنند. وزیکول ها به دلیل کلسیم باردار الکتریکی به غشای بیرونی نورون های پیش سیناپسی "جوش می زنند" و محموله های شیمیایی ارتباطی خود را به سلول پس سیناپسی رها می کنند.
یک مطالعه جدید توسط موسسه یادگیری و حافظه Picower در MIT نشان می دهد که چگونه نورون ها این زیرساخت حیاتی را راه اندازی و حفظ می کنند.
کانال‌های کلسیم بخش مهمی از موتور در سمت پیش‌سیناپسی هستند که سیگنال‌های الکتریکی را به انتقال سیناپسی شیمیایی تبدیل می‌کنند، زیرا آنها تعیین‌کننده اصلی هجوم کلسیم هستند که سپس باعث همجوشی وزیکول می‌شود. با این حال، چگونگی تجمع آنها در مناطق فعال نامشخص بود.
این مطالعه جدید سرنخ هایی در مورد چگونگی تجمع و تنظیم فراوانی کانال های کلسیم در مناطق فعال ارائه می دهد.
تروی لیتلتون، نویسنده ارشد مطالعه جدید و پروفسور منیکن علوم اعصاب در بخش‌های زیست‌شناسی و مغز و علوم شناختی MIT، گفت: تعدیل عملکرد کانال های کلسیم پیش سیناپسی دارای اثرات بالینی قابل توجهی است. درک خط اصلی نحوه تنظیم این کانال ها مهم است.
آیا کانال های کلسیمی برای توسعه مناطق فعال ضروری هستند؟
دانشمندان می خواستند پاسخ این سوال را در لاروها مشخص کنند. لازم به ذکر است که ژن کانال کلسیم مگس (به نام "cacophony" یا Cac) آنقدر مهم است که آنها نمی توانند بدون آن زندگی کنند.
به جای کوبیدن Cac در کل مگس، دانشمندان از تکنیکی برای از بین بردن Cac فقط در یک جمعیت استفاده کردند. نورون ها. آنها با انجام این کار نشان دادند که مناطق فعال به طور منظم حتی بدون Cac توسعه می یابند.
آنها همچنین از تکنیک دیگری استفاده کردند که به طور مصنوعی مرحله لاروی مگس را طولانی می کند. آنها دریافتند که با توجه به زمان اضافی، منطقه فعال به ساختن ساختار خود با پروتئینی به نام BRP ادامه می دهد، اما تجمع Cac پس از شش روز عادی متوقف می شود.
همچنین مشخص شد که افزایش یا کاهش متوسط در عرضه Cac موجود در نورون تأثیری بر میزان Cac در هر منطقه فعال ندارد. آنها در کمال تعجب دریافتند که اگرچه تعداد Cac با اندازه هر منطقه فعال مقیاس می شود، اما اگر BRP را در منطقه فعال به میزان قابل توجهی کاهش دهند، به ندرت تغییر می کند. در واقع، به نظر می‌رسد که نورون یک کلاهک ثابت بر روی مقدار Cac موجود برای هر منطقه فعال ایجاد می‌کند.
کارن کانینگهام، فوق دکترای MIT گفت: این نشان می‌دهد که نورون قوانین بسیار متفاوتی برای پروتئین‌های ساختاری در ناحیه فعال مانند BRP دارد که در طول زمان به تجمع خود ادامه می‌دهد، در مقابل کانال کلسیمی که به شدت تنظیم شده بود و فراوانی آن محدود شده بود.
علاوه بر عرضه Cac یا تغییرات در BRP، سایر عوامل نیز باید سطح Cac را به شدت تنظیم کنند. آنها به alpha2delta روی آوردند.
دانشمندان با دستکاری ژنتیکی بیان مقدار آن دریافتند که سطوح آلفا2دلتا مستقیماً میزان تجمع Cac در مناطق فعال را تعیین می کند. آزمایش‌های بیشتر همچنین نشان داد که عرضه کلی Cac نورون بر توانایی آلفا۲دلتا برای حفظ سطوح Cac نظارت می‌کند.
این نشان می دهد که به جای کنترل مقدار Cac در مناطق فعال با تثبیت آن، alpha2delta احتمالا در بالادست، در طول قاچاق Cac، برای تامین و تامین مجدد Cac به مناطق فعال عمل می کند.
آنها با استفاده از دو تکنیک مختلف، این عرضه مجدد را مشاهده کردند. آنها همچنین اندازه گیری هایی از آن و زمان بندی آن ایجاد کردند.
کانینگهام لحظاتی پس از چند روز توسعه را برای تصویربرداری از مناطق فعال انتخاب کرد و فراوانی Cac را برای تعیین چشم انداز اندازه گیری کرد. سپس فلورسانس Cac را سفید کرد تا پاک شود. پس از 24 ساعت، او فلورسانس Cac را دوباره تجسم کرد تا فقط Cac جدیدی را که در مدت 24 ساعت به مناطق فعال تحویل داده شده بود برجسته کند.
او مشاهده کرد که Cac تقریباً در تمام مناطق فعال آن روز تحویل داده شد. با این حال، کار آن یک روز در واقع در مقایسه با انباشت روزهای قبل ناچیز بود. او همچنین مشاهده کرد که مناطق فعال بزرگتر نسبت به مناطق کوچکتر Cac بیشتری جمع می کنند. علاوه بر این، به ندرت هیچ تحویل Cac جدیدی در مدل‌های مگس آلفا2دلتا تغییر یافته وجود داشت.
وظیفه بعدی تعیین این بود که کانال های Cac با چه سرعتی از مناطق فعال حذف می شوند. برای انجام این کار، دانشمندان از یک تکنیک رنگ آمیزی با پروتئین قابل تبدیل نوری به نام Maple که روی پروتئین Cac برچسب گذاری شده بود، استفاده کردند. این به آنها اجازه داد تا در زمان انتخابی او رنگ را با یک فلش نور تغییر دهند.
انجام این کار نشان می دهد که چه مقدار Cac در یک زمان خاص انباشته شده است (به رنگ سبز نشان داده شده است) و سپس چراغ چشمک می زند تا آن Cac قرمز شود. پس از پنج روز، نزدیک به 30 درصد از Cac قرمز با Cac سبز جدید جایگزین شد. این گردش Cac زمانی متوقف شد که سطوح تحویل Cac با جهش آلفا2 دلتا یا کاهش بیوسنتز Cac کاهش یافت.
کانینگهام گفت، "این بدان معناست که روزانه مقدار قابل توجهی از Cac در مناطق فعال جابجا می شود و این گردش مالی به دلیل تحویل Cac جدید انجام می شود."
لیتلتون گفت:, اکنون که قوانین فراوانی و پر کردن کانال کلسیم مشخص شده‌اند، می‌خواهم بدانم که وقتی نورون‌ها دچار انعطاف‌پذیری می‌شوند، چگونه تفاوت دارند – برای مثال زمانی که اطلاعات دریافتی جدید به نورون‌ها نیاز دارد تا ارتباطات خود را برای افزایش یا کاهش ارتباط سیناپسی تنظیم کنند.
من همچنین مشتاق هستم که کانال‌های کلسیم فردی را که در بدن سلولی ساخته می‌شوند ردیابی کنم و سپس از آکسون عصبی به سمت مناطق فعال حرکت کنم، و او می‌خواهد تعیین کند چه ژن‌های دیگری ممکن است بر فراوانی Cac تأثیر بگذارد.»
مرجع مجله:
- کارن ال کانینگهام، چاد دبلیو ساوولا، سارا توانا، جی تروی لیتلتون. تنظیم فراوانی کانال های Ca2+ پیش سیناپسی در مناطق فعال از طریق تعادل تحویل و گردش مالی. علوم اعصاببه DOI: 10.7554 / eLife.78648
