סינפסות מתייחסות לנקודות המגע בין נוירונים שבהן מידע מועבר מנוירון אחד למשנהו. הם מתרחשים בדרך כלל בין האקסון של נוירון אחד לדנדריטים של נוירונים אחרים. עד כה, מעולם לא נצפו סינפסות בין האקסון של הנוירון לבין הריסת הראשית.
באמצעות מיקרוסקופים ברזולוציה גבוהה וכלים חדשניים, מדענים בקמפוס המחקר ג'נליה של HHMI הציצו עמוק לתוך התא והריסים כדי לצפות בסינפסה. הם גילו סוג חדש של סינפסה בשערות הקטנטנות שעל פני השטח של נוירונים. הסינפסה המסוימת הזו מייצגת דרך לשנות את מה שמתומלל או נעשה בגרעין, מה שמשנה תוכניות שלמות.
ג'נליה מנהיג הקבוצה הבכיר, דיוויד קלפאם, שהצוות שלו הוביל את המחקר החדש, אמר: "ההשפעות בתא אינן רק לטווח קצר, חלקן יכולות להיות לטווח ארוך. זה כמו רציף חדש על תא שנותן אקספרס גישה לכרומטין שינויים, וזה מאוד חשוב כי הכרומטין משנה כל כך הרבה היבטים של התא."
הגילוי של סינפסה מסוג חדש זה יכול לעזור למדענים להבין טוב יותר כיצד מתקשרים שינויים בתאים ארוכי טווח. ה סיליה, המשתרעים מבפנים התא, קרוב לגרעין, אל פני השטח, עשויים להציע שיטה מהירה וממוקדת יותר לתאים לבצע את השינויים ארוכי הטווח הללו.
Cilia- אברונים דמויי שיער זעירים המחוברים למשטח התא - ממלאים תפקיד חיוני בחלוקת התא במהלך ההתפתחות. עם זאת, נותר חמקמק מדוע תאים אחרים בגופנו, כולל נוירונים, שמרו על הבליטה דמוית השיער, בגודל חיידק, עד לבגרות.
בשל העובדה שסיליה אלה היו מאתגרים לראות באמצעות שיטות הדמיה קונבנציונליות, מדענים בדרך כלל התעלמו מהם. עם זאת, התקדמות עדכנית יותר בטכנולוגיית הדמיה יצרה עניין בתוספות הזעירות הללו.
באמצעות מיקרוסקופיה ממוקדת של סריקת קרן יונים, או FIB-SEM, מדענים מסתכלים על הריסים. הם צפו בקשר, או סינפסה, בין הנוירון אקסון וה-cilium בולט מחוץ לגוף התא. הצוות מתייחס לחיבורים אלו כאל סינפסות "אקסון-ציליום" או "אקסו-ציליאריות" בגלל הדמיון המבני שלהם לאלו של סינפסות ידועות.
מאוחר יותר, מדענים פיתחו חיישנים ביולוגיים וכלים כימיים חדשים כדי לקבוע את התפקוד של הסינפסה החדשה הזו. הם השתמשו בהדמיית חיים פלואורסצנטית (FLIM) למדידות טובות יותר של אירועים ביוכימיים בתוך הריסים.
Shu-Hsien Sheu, מדען בכיר ב-Janelia והמחבר הראשון של המחקר החדש, אמר, "למדתי את FLIM במהלך המגיפה כדי להתמודד עם כמה מהאתגרים הטכניים. התברר שזה משנה משחק".
באמצעות כלים אלה, מדענים הראו באופן שלב כיצד הנוירוטרנסמיטר סרוטונין משתחרר מהאקסון אל קולטנים על הריסים. זה מפעיל מפל איתות שפותח את מבנה הכרומטין ומאפשר שינויים בחומר הגנומי בגרעין התא.
שי אמר, "התפקוד הוא מה שגורם למבנים סטטיים להתעורר לחיים. לאחר שהיינו בטוחים לגבי הממצא המבני, בדקנו לעומק את התכונות הפונקציונליות שלו."
שו אומר, "פילוסופיית המחקר מונעת הסקרנות של HHMI אפשרה את ה-Discovery, מה שאולי לא היה אפשרי במסגרת מחקר מסורתית. זו דוגמה טובה לאופן שבו אנחנו יכולים להפוך תצפיות לתגליות".
מדענים ציין, "מכיוון שהאותות המועברים על פני הסינפסה הצילירית מאפשרים שינויים בחומר הגנומי בגרעין, הם כנראה אחראים לשינויים ארוכי טווח בנוירונים מאשר אותות המועברים מהאקסונים ל דנדריטים. שינויים אלה יכולים להימשך בין שעות לימים עד שנים, בהתאם לכרומטין המקודד לחלבונים".
מדענים צפו בעיקר בקולטנים לסרוטונין. ישנם לפחות שבעה עד 10 קולטנים אחרים על ריסים עבור נוירוטרנסמיטורים שונים אשר כעת יהיה צורך לבדוק. גם ריסים על תאים אחרים מעבר למוח, כמו הכבד והכליה, ראויים לבדיקה מקרוב.
הבנה טובה יותר של התפקיד של הסינפסות והקולטנים הציליאריים הללו יכולה לעזור למדענים לפתח תרופות סלקטיביות יותר. תרופות המכוונות למובילי סרוטונין משמשות לטיפול בדיכאון, בעוד שהסרוטונין קשור גם למחזור השינה והערות שלנו.
עיון ביומן:
- Shu-Hsien Sheu, Srigokul Upadhyayula, Vincent Dupuy, et al. סינפסת אקסון-ציליום סרוטונרגית מניעה איתות גרעיני לשנות את נגישות הכרומטין. תא. DOI: 10.1016 / j.cell.2022.07.026
