A szinapszisok az idegsejtek közötti érintkezési pontokat jelentik, ahol az információ átadódik egyik neuronról a másikra. Általában az egyik neuron axonja és más neuronok dendritjei között fordulnak elő. Eddig soha nem figyeltek meg szinapszisokat az idegsejt axonja és az elsődleges csilló között.
A nagyfelbontású mikroszkópok és innovatív eszközök segítségével a HHMI Janelia Research Campusának tudósai mélyen a sejtbe és a csillóba néznek, hogy megfigyeljék a szinapszist. Újfajta szinapszist fedeztek fel a felszínén lévő apró szőrszálakban neuronok. Ez a bizonyos szinapszis egy módot jelent arra, hogy megváltoztassuk azt, ami átíródik vagy készül a magban, ami egész programokat változtat meg.
A Janelia Senior Group vezetője, David Clapham, akinek csapata vezette az új kutatást, elmondta: „A sejtben jelentkező hatások nem csak rövid távúak, némelyik hosszú távú is lehet. Olyan ez, mint egy új dokkoló egy sejten, amely expresszt ad hozzáférés a kromatinhoz változások, ami nagyon fontos, mert a kromatin a sejt sok aspektusát megváltoztatja."
Ennek az újfajta szinapszisnak a felfedezése segíthet a tudósoknak jobban megérteni, hogyan kommunikálják a hosszú távú sejtváltozásokat. A csillók, amelyek a sejt belsejétől, közel a sejtmaghoz a felszínig terjednek, gyorsabb és célzottabb módszert kínálhatnak a sejtek számára ezeknek a hosszú távú változásoknak a végrehajtására.
A csillók – a sejtfelszínhez tapadt apró, szőrszerű organellumok – alapvető szerepet játszanak a sejtosztódásban a fejlődés során. Azonban továbbra is megfoghatatlan, hogy testünk más sejtjei, beleértve a neuronokat is, miért tartották meg ezt a szőrszerű, baktérium méretű kiemelkedést érettségükig.
Tekintettel arra, hogy ezeket a csillókat nehéz volt látni a hagyományos képalkotó módszerekkel, a tudósok általában figyelmen kívül hagyták őket. A képalkotó technológia újabb fejleményei azonban felkeltették az érdeklődést ezen apró függelékek iránt.
Fókuszált ionsugaras pásztázó elektronmikroszkópia vagy FIB-SEM segítségével a tudósok megnézik a csillókat. Kapcsolatot vagy szinapszist figyeltek meg a neuronok között axon és a sejttesten kívül kiálló csilló. A csapat ezeket a kapcsolatokat „axon-cilium” vagy „axo-ciliáris” szinapszisoknak nevezi, mivel szerkezeti hasonlóságuk van az ismert szinapszisokéhoz.
Később a tudósok új bioszenzorokat és kémiai eszközöket fejlesztettek ki, hogy meghatározzák ennek az új szinapszisnak a funkcióját. Fluoreszcens élettartam képalkotást (FLIM) alkalmaztak a csillókon belüli biokémiai események jobb mérésére.
Shu-Hsien Sheu, a Janelia vezető tudósa és az új tanulmány első szerzője elmondta: „A világjárvány alatt tanultam meg a FLIM-et, hogy megbirkózhassak néhány technikai kihívással. Kiderült, hogy ez megváltoztatta a játékot.”
Ezekkel az eszközökkel a tudósok lépésről lépésre megmutatták, hogyan működik a neurotranszmitter szerotonin az axonból a csillók receptoraira szabadul fel. Ez beindít egy jelátviteli kaszkádot, amely megnyitja a kromatin szerkezetét, és lehetővé teszi a genomi anyag megváltoztatását a sejtmagban.
Sheu azt mondta: „A funkció az, ami életre kelteti a statikus struktúrákat. Miután meggyőződtünk a szerkezeti megállapításról, alaposan megvizsgáltuk annak funkcionális tulajdonságait.”
Sheu azt mondja, „A HHMI kíváncsiság-vezérelt kutatási filozófiája lehetővé tette a felfedezést, ami hagyományos kutatási környezetben nem biztos, hogy lehetséges. Ez egy jó példa arra, hogyan tehetjük a megfigyeléseket felfedezésekké.”
Tudósok neves, „Mivel a ciliáris szinapszison áthaladó jelek lehetővé teszik a sejtmag genomiális anyagának változásait, valószínűleg hosszabb távú változásokért felelősek az idegsejtekben, mint az axonoktól a sejtekhez továbbított jelek. dendritek. Ezek a változások óráktól napokig vagy évekig tarthatnak, attól függően, hogy a kromatin milyen fehérjéket kódol."
A tudósok elsősorban a szerotonin receptorait figyelték meg. Legalább hét-tíz másik receptor található a csillókon a különböző neurotranszmitterek számára, amelyeket most meg kell vizsgálni. Az agyon kívüli más sejtekben, például a májban és a vesében lévő csillók is megérdemlik a közelebbi vizsgálatot.
Ezen ciliáris szinapszisok és receptorok szerepének jobb megértése segíthet a tudósoknak szelektívebb gyógyszerek kifejlesztésében. A szerotonin transzportereket célzó gyógyszereket a depresszió kezelésére használják, míg a szerotonin az alvás-ébrenlét ciklusunkhoz is kapcsolódik.
Journal Reference:
- Shu-Hsien Sheu, Srigokul Upadhyayula, Vincent Dupuy és mások. A szerotonerg axon-cilium szinapszis a nukleáris jelátvitelt befolyásolja, hogy megváltoztassa a kromatin hozzáférhetőségét. Sejt. DOI: 10.1016 / j.cell.2022.07.026
