A neuronok a szinapszisoknak nevezett csomópontokon kommunikálnak egymással. Amikor a kalciumionok „aktív zónákba” kerülnek, amelyeket kémiai üzeneteket tartalmazó vezikulák töltenek be, elkezdenek „kommunikálni”. A hólyagok az elektromosan töltött kalciumnak köszönhetően „összeolvadnak” a preszinaptikus neuronok külső membránjaival, így kommunikációs kémiai rakományukat a posztszinaptikus sejtbe bocsátják.
Egy új tanulmány a Picower Institute for Learning and Memory at MIT feltárja, hogyan építik fel és tartják fenn a neuronok ezt a létfontosságú infrastruktúrát.
A kalciumcsatornák a motor döntő részét képezik a preszinaptikus oldalon, amely az elektromos jeleket kémiai szinaptikus transzmisszióvá alakítja, mivel ezek a kalcium beáramlásának elsődleges meghatározói, ami aztán a hólyagfúziót okozza. Azonban nem volt világos, hogyan halmozódnak fel az aktív zónákban.
Ez az új tanulmány támpontokat kínál arra vonatkozóan, hogy az aktív zónák hogyan halmozódnak fel és szabályozzák a kalciumcsatornák bőségét.
Troy Littleton, az új tanulmány vezető szerzője és az MIT biológia, agy- és kognitív tudományok tanszékének Menicon idegtudományi professzora elmondta: „A preszinaptikus kalciumcsatornák működésének modulálása köztudottan jelentős klinikai hatásokkal jár. Fontos megérteni, hogy miként szabályozzák ezeket a csatornákat.”
Elengedhetetlenek a kalciumcsatornák az aktív zónák kialakulásához?
A tudósok a lárvákban akarták megtalálni a választ erre a kérdésre. Meg kell jegyezni, hogy a légy kalciumcsatorna génje (az úgynevezett "cacophony" vagy Cac) annyira fontos, hogy nem tudnak nélküle élni.
Ahelyett, hogy az egész légyben kiütötték volna a Cac-ot, a tudósok egy technikát alkalmaztak a Cac eltávolítására egyetlen populációból. neuronok. Ezzel kimutatták, hogy az aktív zónák Cac nélkül is rendszeresen fejlődnek.
Egy másik technikát is alkalmaztak, amely mesterségesen meghosszabbítja a légy lárvaállapotát. Azt találták, hogy hosszabb idő után az aktív zóna tovább építi fel szerkezetét a BRP nevű fehérjével, de a Cac felhalmozódása a normál hat nap után megszűnik.
Azt is megállapították, hogy a rendelkezésre álló Cac mennyiségének mérsékelt növekedése vagy csökkenése a neuronban nem befolyásolta, hogy mennyi Cac jutott az egyes aktív zónákhoz. Meglepetésükre azt találták, hogy bár a Cac száma az egyes aktív zónák méretével skálázódott, alig változott, ha jelentősen csökkentették a BRP-t az aktív zónában. Valójában úgy tűnt, hogy a neuron állandó korlátot állított fel az egyes aktív zónákban jelenlévő Cac mennyiségére.
Karen Cunningham, az MIT posztdoktori elmondta: "Felfedi, hogy a neuronnak nagyon eltérő szabályai voltak az aktív zónában lévő strukturális fehérjékre, például a BRP-re, amelyek az idő múlásával tovább halmozódtak, szemben a kalciumcsatornával, amely szigorúan szabályozott és bősége korlátozott volt."
A Cac-ellátáson vagy a BRP-ben bekövetkezett változásokon kívül más tényezőknek is olyan szigorúan kell szabályozniuk a Cac-szintet. Alpha2delta felé fordultak.
A mennyiségének kifejeződését genetikailag manipulálva a tudósok azt találták, hogy az alfa2delta szint közvetlenül meghatározza, hogy mennyi Cac halmozódott fel az aktív zónákban. A további kísérletek azt is feltárták, hogy a neuron teljes Cac-ellátása figyeli az alfa2delta azon képességét, hogy fenntartsa a Cac-szintet.
Azt sugallja, hogy ahelyett, hogy a Cac mennyiségét az aktív zónákban szabályozta volna annak stabilizálásával, az alfa2delta valószínűleg felfelé működött, a Cac forgalom során, hogy ellátja és újra ellátja a Cac-ot az aktív zónákba.
Két különböző technikával figyelték meg ezt az utánpótlást. Méréseket is generáltak róla és annak időzítéséről.
Cunningham néhány napos fejlesztés után egy pillanatot választott az aktív zónák leképezéséhez, és megmérte a Cac mennyiségét, hogy megállapítsa a tájat. Aztán kifehérítette azt a Cac fluoreszcenciát, hogy törölje. 24 óra elteltével újra megjelenítette a Cac fluoreszcenciát, hogy csak az új Cac-ot emelje ki, amely az aktív zónákba került 24 óra alatt.
Megfigyelte, hogy aznap szinte az összes aktív zónában Cac-ot szállítottak. Mégis, ez az egy nap munka valójában jelentéktelen volt a korábbi napok felhalmozódásához képest. Azt is látta, hogy a nagyobb aktív zónák több CAC-ot halmoztak fel, mint a kisebbek. Ezenkívül a módosított alpha2delta fly modellekben alig volt új Cac szállítás.
A következő feladat annak meghatározása volt, hogy milyen ütemben távolodnak el a Cac csatornák az aktív zónákból. Ennek érdekében a tudósok festési technikát alkalmaztak a Maple nevű, fotokonvertálható fehérjével, amelyet a Cac fehérjéhez címkéztek. Ez lehetővé tette számukra, hogy a választott időpontban egy villanófény segítségével megváltoztassák a színüket.
Ez megmutatja, hogy mennyi Cac halmozódott fel egy adott időpontig (zöld színnel), majd felvillantja a lámpát, hogy a Cac pirosra váltson. Öt nap elteltével a piros Cac közel 30 százalékát új zöld Cac-re cserélték. Ez a Cac-forgalom leállt, amikor a Cac szállítási szintje csökkent az alfa2 delta mutációjával vagy a Cac bioszintézisének csökkentésével.
Cunningham azt mondta: „Ez azt jelenti, hogy minden nap jelentős mennyiségű Cac kerül átadásra az aktív zónákban, és hogy a forgalom az új Cac-szállítástól függ.”
Littleton mondott, „Most, hogy a kalciumcsatorna bőségére és utánpótlására vonatkozó szabályok világosak, szeretném tudni, hogy ezek miben térnek el egymástól, amikor a neuronok plaszticitáson mennek keresztül – például amikor az új bejövő információk megkövetelik a neuronoktól, hogy a kommunikációjukat a szinaptikus kommunikáció fokozása vagy csökkentése érdekében módosítsák.”
"Én is szívesen nyomon követem az egyes kalciumcsatornákat, amint azok a sejttestben keletkeznek, majd lefelé haladnak az idegi axonon az aktív zónák felé, és meg akarja határozni, hogy milyen egyéb gének befolyásolhatják a Cac-bőséget."
Journal Reference:
- Karen L Cunningham, Chad W Sauvola, Sara Tavana, J Troy Littleton. A preszinaptikus Ca2+ csatorna bőség szabályozása az aktív zónákban a szállítás és a forgalom egyensúlyán keresztül. Neuroscience. DOI: 10.7554 / eLife.78648
