Sinapsis mengacu pada titik kontak antara neuron di mana informasi dilewatkan dari satu neuron ke neuron berikutnya. Mereka biasanya terjadi antara akson dari satu neuron dan dendrit dari neuron lain. Sampai saat ini, sinapsis tidak pernah diamati antara akson neuron dan silia primer.
Menggunakan mikroskop resolusi tinggi dan alat inovatif, para ilmuwan di Kampus Penelitian Janelia HHMI telah mengintip jauh ke dalam sel dan silia untuk mengamati sinaps. Mereka menemukan sinapsis jenis baru di rambut-rambut kecil di permukaan neuron. Sinapsis khusus ini mewakili cara untuk mengubah apa yang sedang ditranskripsi atau dibuat di dalam nukleus, yang mengubah seluruh program.
Pemimpin Senior Grup Janelia David Clapham, yang timnya memimpin penelitian baru, mengatakan, “Efeknya di dalam sel tidak hanya jangka pendek, beberapa bisa jangka panjang. Ini seperti dermaga baru di sel yang memberikan ekspresi akses ke kromatin perubahan, yang sangat penting karena kromatin mengubah begitu banyak aspek sel.”
Penemuan sinapsis jenis baru ini dapat membantu para ilmuwan lebih memahami bagaimana perubahan sel jangka panjang dikomunikasikan. Itu bulu mata, yang memanjang dari bagian dalam sel, dekat dengan nukleus, ke permukaan, mungkin menawarkan metode yang lebih cepat dan lebih terfokus bagi sel untuk melakukan perubahan jangka panjang ini.
Silia- organel seperti rambut kecil yang melekat pada permukaan sel- memainkan peran penting dalam pembelahan sel selama perkembangan. Namun, masih sulit dipahami mengapa sel-sel lain dalam tubuh kita, termasuk neuron, mempertahankan tonjolan berukuran bakteri seperti rambut ini hingga dewasa.
Karena fakta bahwa silia ini sulit dilihat menggunakan metode pencitraan konvensional, para ilmuwan umumnya mengabaikannya. Namun, kemajuan yang lebih baru dalam teknologi pencitraan telah membangkitkan minat pada pelengkap kecil ini.
Dengan menggunakan mikroskop elektron pemindaian berkas ion terfokus, atau FIB-SEM, para ilmuwan melihat silia. Mereka mengamati koneksi, atau sinaps, antara neuron akson dan silia menonjol di luar badan sel. Tim mengacu pada koneksi ini sebagai sinapsis "akson-silia" atau "akso-siliaris" karena kesamaan strukturalnya dengan sinapsis yang diketahui.
Kemudian, para ilmuwan mengembangkan biosensor dan alat kimia baru untuk menentukan Fungsi sinapsis baru ini. Mereka menggunakan pencitraan seumur hidup fluoresensi (FLIM) untuk pengukuran peristiwa biokimia yang lebih baik di dalam silia.
Shu-Hsien Sheu, seorang ilmuwan senior di Janelia dan penulis pertama studi baru, mengatakan, “Saya belajar FLIM selama pandemi untuk mengatasi beberapa tantangan teknis. Ternyata menjadi pengubah permainan. ”
Dengan menggunakan alat ini, para ilmuwan menunjukkan secara bertahap- bagaimana neurotransmitter serotonin dilepaskan dari akson ke reseptor pada silia. Ini memicu kaskade pensinyalan yang membuka struktur kromatin dan memungkinkan perubahan materi genom dalam inti sel.
Sheu berkata, “Fungsi adalah yang membuat struktur statis menjadi hidup. Setelah yakin tentang temuan struktural, kami melihat secara mendalam sifat fungsionalnya.”
Sheu mengatakan, “Filosofi penelitian yang didorong oleh rasa ingin tahu HHMI memungkinkan Penemuan, yang mungkin tidak mungkin dilakukan dalam pengaturan penelitian tradisional. Ini adalah contoh yang baik tentang bagaimana kita dapat membuat pengamatan menjadi penemuan.”
Ilmuwan terkenal, “Karena sinyal yang melewati sinaps silia memungkinkan perubahan materi genomik di nukleus, mereka kemungkinan bertanggung jawab atas perubahan jangka panjang pada neuron daripada sinyal yang diteruskan dari akson ke akson. dendrit. Perubahan ini dapat berlangsung dari jam ke hari hingga tahun, tergantung pada protein yang mengkodekan kromatin.”
Para ilmuwan terutama mengamati reseptor untuk serotonin. Setidaknya ada tujuh sampai 10 reseptor lain pada silia untuk berbagai neurotransmiter yang sekarang perlu diperiksa. Silia pada sel lain di luar otak, seperti hati dan ginjal, juga layak untuk dilihat lebih dekat.
Pemahaman yang lebih baik tentang peran sinapsis dan reseptor silia ini dapat membantu para ilmuwan mengembangkan obat yang lebih selektif. Obat-obatan yang menargetkan pengangkut serotonin digunakan untuk mengobati depresi, sementara serotonin juga terkait dengan siklus tidur-bangun kita.
Referensi Jurnal:
- Shu-Hsien Sheu, Srigokul Upadhyayula, Vincent Dupuy, dkk. Sinaps akson-silia serotonergik mendorong pensinyalan nuklir untuk mengubah aksesibilitas kromatin. Sel. DOI: 10.1016 / j.cell.2022.07.026
