Les synapses désignent les points de contact entre les neurones où les informations sont transmises d'un neurone à l'autre. Ils se produisent généralement entre l'axone d'un neurone et les dendrites d'autres neurones. Jusqu'à présent, aucune synapse n'avait été observée entre l'axone du neurone et le cil primaire.
À l'aide de microscopes à haute résolution et d'outils innovants, les scientifiques du campus de recherche Janelia de HHMI ont scruté profondément la cellule et les cils pour observer la synapse. Ils ont découvert un nouveau type de synapse dans les minuscules poils à la surface de neurones. Cette synapse particulière représente un moyen de modifier ce qui est transcrit ou fabriqué dans le noyau, ce qui modifie des programmes entiers.
Janelia Senior Group Leader David Clapham, dont l'équipe a dirigé la nouvelle recherche, a déclaré : « Les effets dans la cellule ne sont pas seulement à court terme, certains peuvent être à long terme. C'est comme un nouveau quai sur une cellule qui donne express accès à la chromatine changements, ce qui est très important car la chromatine modifie de nombreux aspects de la cellule.
La découverte de ce nouveau type de synapse pourrait aider les scientifiques à mieux comprendre comment les changements cellulaires à long terme sont communiqués. La cils, qui s'étendent de l'intérieur de la cellule, près du noyau, jusqu'à la surface, peuvent offrir une méthode plus rapide et plus ciblée pour que les cellules effectuent ces altérations à long terme.
Les cils - de minuscules organites ressemblant à des cheveux attachés à la surface de la cellule - jouent un rôle essentiel dans la division cellulaire au cours du développement. Cependant, on ne sait toujours pas pourquoi d'autres cellules de notre corps, y compris les neurones, ont conservé cette saillie semblable à un poil de la taille d'une bactérie jusqu'à la maturité.
En raison du fait que ces cils étaient difficiles à voir à l'aide de méthodes d'imagerie conventionnelles, les scientifiques les ont généralement négligés. Cependant, les progrès les plus récents de la technologie d'imagerie ont suscité un intérêt pour ces minuscules appendices.
À l'aide de la microscopie électronique à balayage par faisceau ionique focalisé, ou FIB-SEM, les scientifiques examinent les cils. Ils ont observé une connexion, ou synapse, entre les neurones axon et le cil faisant saillie à l'extérieur du corps cellulaire. L'équipe fait référence à ces connexions en tant que synapses "axone-cilium" ou "axo-ciliaire" en raison de leurs similitudes structurelles avec celles des synapses connues.
Plus tard, les scientifiques ont développé de nouveaux biocapteurs et outils chimiques pour déterminer la fonction de cette nouvelle synapse. Ils ont utilisé l'imagerie par fluorescence à vie (FLIM) pour mieux mesurer les événements biochimiques à l'intérieur des cils.
Shu-Hsien Sheu, scientifique senior chez Janelia et premier auteur de la nouvelle étude, a déclaré : « J'ai appris le FLIM pendant la pandémie pour relever certains des défis techniques. Cela s'est avéré être un changeur de jeu. "
À l'aide de ces outils, les scientifiques ont montré par étapes comment le neurotransmetteur la sérotonine est libéré de l'axone sur les récepteurs des cils. Cela déclenche une cascade de signalisation qui ouvre la structure de la chromatine et permet des modifications du matériel génomique dans le noyau de la cellule.
Sheu a dit, « La fonction est ce qui donne vie aux structures statiques. Une fois convaincus de la découverte structurelle, nous avons examiné en profondeur ses propriétés fonctionnelles.
Sheu dit, « La philosophie de recherche axée sur la curiosité de HHMI a permis la découverte, ce qui n'aurait peut-être pas été possible dans un cadre de recherche traditionnel. C'est un bon exemple de la façon dont nous pouvons transformer des observations en découvertes.
Les scientifiques noté, "Parce que les signaux transmis à travers la synapse ciliaire permettent des modifications du matériel génomique dans le noyau, ils sont probablement responsables de changements à plus long terme dans les neurones que les signaux transmis des axones à dendrites. Ces changements pourraient durer des heures, des jours ou des années, selon la chromatine qui code les protéines.
Les scientifiques ont principalement observé des récepteurs de la sérotonine. Il y a au moins sept à 10 autres récepteurs sur les cils pour différents neurotransmetteurs qui devront maintenant être examinés. Les cils sur d'autres cellules au-delà du cerveau, comme le foie et les reins, méritent également un examen plus approfondi.
Une meilleure compréhension du rôle de ces synapses et récepteurs ciliaires pourrait aider les scientifiques à développer des médicaments plus sélectifs. Les médicaments qui ciblent les transporteurs de la sérotonine sont utilisés pour traiter la dépression, tandis que la sérotonine est également liée à notre cycle veille-sommeil.
Journal de référence:
- Shu-Hsien Sheu, Srigokul Upadhyayula, Vincent Dupuy, et al. Une synapse sérotoninergique axone-cil entraîne la signalisation nucléaire pour modifier l'accessibilité de la chromatine. Cellule. EST CE QUE JE: 10.1016 / j.cell.2022.07.026
