सिनैप्स नामक जंक्शनों पर न्यूरॉन्स एक दूसरे के साथ संवाद करते हैं। जब कैल्शियम आयन "सक्रिय क्षेत्रों" में चले जाते हैं, जो रासायनिक संदेशों वाले पुटिकाओं से भरे होते हैं, तो वे "संचार" करना शुरू कर देते हैं। विद्युत आवेशित कैल्शियम के कारण प्रीसानेप्टिक न्यूरॉन्स की बाहरी झिल्लियों में वेसिकल्स "फ्यूज" होते हैं, जो उनके संचार रासायनिक कार्गो को पोस्टसिनेप्टिक सेल में छोड़ते हैं।
पिकॉवर इंस्टीट्यूट फॉर लर्निंग एंड मेमोरी द्वारा एक नया अध्ययन एमआईटी पता चलता है कि कैसे न्यूरॉन्स इस महत्वपूर्ण बुनियादी ढांचे को स्थापित और बनाए रखते हैं।
कैल्शियम चैनल प्रीसानेप्टिक पक्ष पर इंजन का एक महत्वपूर्ण हिस्सा हैं जो विद्युत संकेतों को रासायनिक सिनैप्टिक ट्रांसमिशन में बदल देते हैं क्योंकि वे कैल्शियम प्रवाह के प्राथमिक निर्धारक होते हैं, जो तब पुटिका संलयन का कारण बनता है। हालांकि, वे सक्रिय क्षेत्रों में कैसे जमा होते हैं यह स्पष्ट नहीं था।
यह नया अध्ययन इस बात का सुराग देता है कि कैसे सक्रिय क्षेत्र कैल्शियम चैनलों की प्रचुरता को जमा और नियंत्रित करते हैं।
नए अध्ययन के वरिष्ठ लेखक ट्रॉय लिटलटन और एमआईटी के जीव विज्ञान और मस्तिष्क और संज्ञानात्मक विज्ञान विभागों में न्यूरोसाइंस के मेनकॉन प्रोफेसर ने कहा, "प्रीसिनेप्टिक कैल्शियम चैनलों के कार्य के मॉड्यूलेशन को महत्वपूर्ण नैदानिक प्रभावों के लिए जाना जाता है। इन चैनलों को कैसे विनियमित किया जाता है, इसकी आधार रेखा को समझना महत्वपूर्ण है।"
क्या सक्रिय क्षेत्रों के विकास के लिए कैल्शियम चैनल आवश्यक हैं?
वैज्ञानिक इस प्रश्न का उत्तर लार्वा में निर्धारित करना चाहते थे। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि फ्लाई कैल्शियम चैनल जीन (जिसे "कैकोफनी" या सीएसी कहा जाता है) इतना महत्वपूर्ण है कि वे इसके बिना नहीं रह सकते।
पूरी मक्खी में सीएसी को खत्म करने के बजाय, वैज्ञानिकों ने सीएसी को खत्म करने के लिए सिर्फ एक आबादी में एक तकनीक का इस्तेमाल किया न्यूरॉन्स. उन्होंने दिखाया कि ऐसा करने से सीएसी के बिना भी सक्रिय क्षेत्र नियमित रूप से विकसित होते हैं।
उन्होंने एक अन्य तकनीक का भी इस्तेमाल किया जो कृत्रिम रूप से मक्खी के लार्वा चरण को लम्बा खींचती है। उन्होंने पाया कि अतिरिक्त समय दिया गया सक्रिय क्षेत्र बीआरपी नामक प्रोटीन के साथ अपनी संरचना का निर्माण जारी रखेगा, लेकिन सामान्य छह दिनों के बाद सीएसी संचय बंद हो जाता है।
यह भी पाया गया कि न्यूरॉन में उपलब्ध सीएसी की आपूर्ति में मध्यम वृद्धि या कमी ने प्रत्येक सक्रिय क्षेत्र में सीएसी की मात्रा को प्रभावित नहीं किया। उनके आश्चर्य के लिए, उन्होंने पाया कि हालांकि प्रत्येक सक्रिय क्षेत्र के आकार के साथ सीएसी की संख्या को बढ़ाया गया था, लेकिन सक्रिय क्षेत्र में बीआरपी को काफी कम करने पर यह शायद ही बदल गया हो। वास्तव में, न्यूरॉन प्रत्येक सक्रिय क्षेत्र के लिए मौजूद सीएसी की मात्रा पर एक स्थिर सीमा स्थापित करता हुआ दिखाई दिया।
एमआईटी पोस्टडॉक करेन कनिंघम ने कहा, "यह खुलासा कर रहा था कि बीआरपी जैसे सक्रिय क्षेत्र में संरचनात्मक प्रोटीन के लिए न्यूरॉन के बहुत अलग नियम थे जो समय के साथ जमा होते रहे, बनाम कैल्शियम चैनल जो कसकर विनियमित था और इसकी बहुतायत छाया हुई थी।"
सीएसी की आपूर्ति या बीआरपी में बदलाव के अलावा, अन्य कारकों को भी सीएसी के स्तर को इतनी मजबूती से नियंत्रित करना चाहिए। वे alpha2delta में बदल गए।
इसकी मात्रा की अभिव्यक्ति में आनुवंशिक रूप से हेरफेर करते हुए, वैज्ञानिकों ने पाया कि अल्फा 2 डेल्टा स्तर सीधे निर्धारित करता है कि सक्रिय क्षेत्रों में सीएसी कितना जमा हुआ है। आगे के प्रयोगों से यह भी पता चला कि न्यूरॉन की समग्र सीएसी आपूर्ति अल्फा2डेल्टा की सीएसी स्तरों को बनाए रखने की क्षमता की निगरानी करती है।
यह सुझाव देता है कि सक्रिय क्षेत्रों में सीएसी राशि को स्थिर करके नियंत्रित करने के बजाय, सीएसी तस्करी के दौरान, अल्फा 2 डेल्टा ने सक्रिय क्षेत्रों में सीएसी की आपूर्ति और पुन: आपूर्ति करने के लिए अपस्ट्रीम कार्य किया।
दो अलग-अलग तकनीकों का उपयोग करते हुए, उन्होंने इसे फिर से देखा। उन्होंने इसका और इसके समय का मापन भी किया।
कनिंघम ने विकास के कुछ दिनों के बाद सक्रिय क्षेत्रों की छवि बनाने के लिए एक क्षण चुना और परिदृश्य का पता लगाने के लिए सीएसी बहुतायत को मापा। फिर उसने उस सीएसी फ्लोरोसेंस को मिटाने के लिए ब्लीच किया। 24 घंटों के बाद, उसने केवल नए सीएसी को उजागर करने के लिए सीएसी फ्लोरोसेंस को नए सिरे से देखा, जो उस 24 घंटों में सक्रिय क्षेत्रों में वितरित किया गया था।
उसने देखा कि उस दिन लगभग सभी सक्रिय क्षेत्रों में सीएसी वितरित किया गया था। फिर भी, उस एक दिन का काम, वास्तव में, पहले के दिनों के संचय की तुलना में नगण्य था। उसने यह भी देखा कि बड़े सक्रिय क्षेत्रों में छोटे क्षेत्रों की तुलना में अधिक सीएसी जमा होता है। इसके अतिरिक्त, बदले हुए अल्फा2डेल्टा फ्लाई मॉडल में शायद ही कोई नई सीएसी डिलीवरी थी।
अगला कार्य यह निर्धारित करना था कि सक्रिय क्षेत्रों से सीएसी चैनलों को किस गति से हटाया जाता है। ऐसा करने के लिए, वैज्ञानिकों ने सीएसी प्रोटीन को टैग किए गए मेपल नामक एक फोटोकन्वर्टिबल प्रोटीन के साथ एक धुंधला तकनीक का इस्तेमाल किया। इसने उन्हें उसके चुने हुए समय पर प्रकाश की चमक के साथ रंग बदलने की अनुमति दी।
ऐसा करने से पता चलता है कि एक विशिष्ट समय (हरे रंग में दिखाया गया) तक कितना सीएसी जमा हुआ और फिर उस सीएसी को लाल करने के लिए प्रकाश को फ्लैश करता है। पांच दिनों के बाद, लगभग 30 प्रतिशत लाल सीएसी को नए हरे सीएसी से बदल दिया गया था। यह सीएसी टर्नओवर बंद हो गया जब सीएसी डिलीवरी स्तर अल्फा 2 डेल्टा को बदलकर या सीएसी बायोसिंथेसिस को कम करके कम कर दिया गया।
कनिंघम ने कहा, "इसका मतलब है कि सक्रिय क्षेत्रों में प्रत्येक दिन सीएसी की एक महत्वपूर्ण राशि चालू हो जाती है और कारोबार नई सीएसी डिलीवरी से प्रेरित होता है।"
लिटिलटन कहा, "अब जब कैल्शियम चैनल बहुतायत और पुनःपूर्ति के नियम स्पष्ट हैं, तो मैं जानना चाहता हूं कि जब न्यूरॉन्स प्लास्टिसिटी से गुजरते हैं तो वे कैसे भिन्न होते हैं - उदाहरण के लिए जब नई आने वाली जानकारी के लिए न्यूरॉन्स को सिनैप्टिक संचार को ऊपर या नीचे करने के लिए अपने संचार को समायोजित करने की आवश्यकता होती है।"
"मैं व्यक्तिगत कैल्शियम चैनलों को ट्रैक करने के लिए भी उत्सुक हूं क्योंकि वे कोशिका शरीर में बने होते हैं और फिर तंत्रिका अक्षतंतु को सक्रिय क्षेत्रों में ले जाते हैं, और वह यह निर्धारित करना चाहता है कि अन्य जीन सीएसी बहुतायत को कैसे प्रभावित कर सकते हैं।"
जर्नल संदर्भ:
- करेन एल कनिंघम, चाड डब्ल्यू सौवोला, सारा तवाना, जे ट्रॉय लिटलटन। वितरण और कारोबार के संतुलन के माध्यम से सक्रिय क्षेत्रों में प्रीसानेप्टिक सीए 2+ चैनल बहुतायत का विनियमन। तंत्रिका विज्ञान। DOI: 10.7554 / eLife.78648
