Le sinapsi si riferiscono ai punti di contatto tra i neuroni dove le informazioni vengono trasmesse da un neurone al successivo. Di solito si verificano tra l'assone di un neurone e i dendriti di altri neuroni. Finora non erano mai state osservate sinapsi tra l'assone del neurone e il ciglio primario.
Utilizzando microscopi ad alta risoluzione e strumenti innovativi, gli scienziati del Janelia Research Campus dell'HHMI hanno scrutato in profondità la cellula e le ciglia per osservare la sinapsi. Hanno scoperto un nuovo tipo di sinapsi nei minuscoli peli sulla superficie neuroni. Questa particolare sinapsi rappresenta un modo per cambiare ciò che viene trascritto o prodotto nel nucleo, il che cambia interi programmi.
David Clapham, leader del gruppo senior di Janelia, il cui team ha guidato la nuova ricerca, ha affermato: “Gli effetti nella cellula non sono solo a breve termine, alcuni possono essere a lungo termine. È come un nuovo molo su una cellula che dà l'espresso accesso alla cromatina cambiamenti, il che è molto importante perché la cromatina cambia tanti aspetti della cellula”.
La scoperta di questo nuovo tipo di sinapsi potrebbe aiutare gli scienziati a comprendere meglio come vengono comunicati i cambiamenti cellulari a lungo termine. IL ciglia, che si estendono dall'interno della cellula, vicino al nucleo, fino alla superficie, possono offrire alle cellule un metodo più rapido e mirato per eseguire queste alterazioni a lungo termine.
Le ciglia, minuscoli organelli simili a capelli attaccati alla superficie cellulare, svolgono un ruolo essenziale nella divisione cellulare durante lo sviluppo. Tuttavia, rimane sfuggente il motivo per cui altre cellule del nostro corpo, compresi i neuroni, abbiano mantenuto questa protuberanza simile a un capello, delle dimensioni di un batterio, fino alla maturità.
A causa del fatto che queste ciglia erano difficili da vedere utilizzando i metodi di imaging convenzionali, gli scienziati le hanno generalmente trascurate. Tuttavia, i progressi più recenti nella tecnologia dell’imaging hanno suscitato interesse per queste piccole appendici.
Utilizzando la microscopia elettronica a scansione di fasci ionici focalizzati, o FIB-SEM, gli scienziati danno un'occhiata alle ciglia. Hanno osservato una connessione, o sinapsi, tra i neuroni assone e il ciglio che sporge all'esterno del corpo cellulare. Il team si riferisce a queste connessioni come sinapsi “assone-ciglio” o “asso-ciliare” a causa delle loro somiglianze strutturali con quelle delle sinapsi conosciute.
Successivamente, gli scienziati hanno sviluppato nuovi biosensori e strumenti chimici per determinare la funzione di questa nuova sinapsi. Hanno utilizzato l'imaging a fluorescenza (FLIM) per migliorare le misurazioni degli eventi biochimici all'interno delle ciglia.
Shu-Hsien Sheu, scienziato senior di Janelia e primo autore del nuovo studio, ha affermato: “Ho imparato a usare FLIM durante la pandemia per affrontare alcune sfide tecniche. Si è rivelato un punto di svolta.
Utilizzando questi strumenti, gli scienziati hanno mostrato passo passo come funziona il neurotrasmettitore serotonina viene rilasciato dall'assone sui recettori sulle ciglia. Ciò innesca una cascata di segnali che apre la struttura della cromatina e consente modifiche al materiale genomico nel nucleo della cellula.
Sheu ha detto, “La funzione è ciò che rende vive le strutture statiche. Una volta sicuri del risultato strutturale, abbiamo esaminato in profondità le sue proprietà funzionali”.
Sheu dice: “La filosofia di ricerca guidata dalla curiosità di HHMI ha consentito la scoperta, cosa che forse non sarebbe stata possibile in un contesto di ricerca tradizionale. Questo è un buon esempio di come possiamo trasformare le osservazioni in scoperte”.
Gli scienziati noto, “Poiché i segnali trasmessi attraverso la sinapsi ciliare consentono modifiche al materiale genomico nel nucleo, sono probabilmente responsabili di cambiamenti a lungo termine nei neuroni rispetto ai segnali trasmessi dagli assoni ai neuroni. dendriti. Questi cambiamenti potrebbero durare da ore a giorni o anni, a seconda della cromatina che codifica per le proteine”.
Gli scienziati hanno osservato principalmente i recettori della serotonina. Ci sono almeno altri sette-dieci recettori sulle ciglia per diversi neurotrasmettitori che dovranno ora essere esaminati. Anche le ciglia di altre cellule oltre al cervello, come il fegato e i reni, meritano uno sguardo più attento.
Una migliore comprensione del ruolo di queste sinapsi e recettori ciliari potrebbe aiutare gli scienziati a sviluppare farmaci più selettivi. I farmaci che prendono di mira i trasportatori della serotonina sono usati per trattare la depressione, mentre la serotonina è anche collegata al nostro ciclo sonno-veglia.
Riferimento della Gazzetta:
- Shu-Hsien Sheu, Srigokul Upadhyayula, Vincent Dupuy et al. Una sinapsi serotoninergica assone-ciglio guida la segnalazione nucleare per alterare l'accessibilità della cromatina. Cella. DOI: 10.1016 / j.cell.2022.07.026
