시냅스는 한 뉴런에서 다음 뉴런으로 정보가 전달되는 뉴런 사이의 접점을 나타냅니다. 그들은 일반적으로 한 뉴런의 축삭과 다른 뉴런의 수상돌기 사이에서 발생합니다. 지금까지 뉴런의 축삭과 일차 섬모 사이의 시냅스는 관찰되지 않았다.
HHMI의 Janelia 연구 캠퍼스의 과학자들은 고해상도 현미경과 혁신적인 도구를 사용하여 세포와 섬모를 깊숙이 들여다보고 시냅스를 관찰했습니다. 그들은 표면의 작은 털에서 새로운 종류의 시냅스를 발견했습니다. 뉴런. 이 특정 시냅스는 전체 프로그램을 변경하는 핵에서 전사되거나 만들어지는 것을 변경하는 방법을 나타냅니다.
새로운 연구를 주도한 Janelia 수석 그룹 리더 David Clapham은 다음과 같이 말했습니다. “세포에서의 효과는 단기적일 뿐만 아니라 일부는 장기적일 수도 있습니다. 그것은 익스프레스를 제공하는 세포의 새로운 도크와 같습니다. 염색질에 대한 접근 염색질이 세포의 많은 측면을 변화시키기 때문에 매우 중요합니다."
이 새로운 종류의 시냅스의 발견은 과학자들이 장기적인 세포 변화가 어떻게 전달되는지 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그만큼 속눈썹, 핵에 가까운 세포 내부에서 표면으로 확장되어 세포가 이러한 장기 변경을 수행하는 데 더 빠르고 집중적인 방법을 제공할 수 있습니다.
섬모- 세포 표면에 부착된 머리카락과 같은 작은 세포 소기관- 발달 중 세포 분열에 필수적인 역할을 합니다. 그러나 뉴런을 포함한 우리 몸의 다른 세포가 머리카락과 같은 박테리아 크기의 돌출부를 성숙까지 유지한 이유는 아직 밝혀지지 않았습니다.
이러한 섬모는 기존의 이미징 방법을 사용하여 보기가 어려웠기 때문에 과학자들은 일반적으로 이를 간과했습니다. 그러나 최근 이미징 기술의 발전으로 이러한 작은 부속기에 관심이 생겼습니다.
집중 이온빔 주사 전자현미경(FIB-SEM)을 사용하여 과학자들은 섬모를 살펴봅니다. 그들은 뉴런 사이의 연결 또는 시냅스를 관찰했습니다. 축삭 및 세포체 외부로 돌출된 섬모. 팀은 알려진 시냅스의 구조적 유사성 때문에 이러한 연결을 "축색-섬모" 또는 "축색-섬모" 시냅스라고 부릅니다.
나중에 과학자들은 이 새로운 시냅스의 기능을 결정하기 위해 새로운 바이오센서와 화학적 도구를 개발했습니다. 그들은 섬모 내부의 생화학적 현상을 더 잘 측정하기 위해 형광 수명 이미징(FLIM)을 사용했습니다.
Janelia의 수석 과학자이자 새로운 연구의 첫 번째 저자인 Shu-Hsien Sheu는 다음과 같이 말했습니다. “저는 팬데믹 기간 동안 몇 가지 기술적 문제를 해결하기 위해 FLIM을 배웠습니다. 게임 체인저로 판명되었습니다."
이러한 도구를 사용하여 과학자들은 신경 전달 물질이 어떻게 세로토닌 축삭에서 섬모의 수용체로 방출됩니다. 이것은 염색질 구조를 열고 세포 핵의 게놈 물질에 변화를 주는 신호 캐스케이드를 촉발합니다.
슈가 말했다. “함수는 정적인 구조를 생생하게 만드는 것입니다. 구조적 발견에 대해 확신을 갖게 되자 우리는 그 기능적 특성을 깊이 조사했습니다.”
슈가 말한다. “HHMI의 호기심 기반 연구 철학은 기존 연구 환경에서는 불가능했을 디스커버리를 가능하게 했습니다. 이것은 우리가 어떻게 관찰을 발견으로 만들 수 있는지를 보여주는 좋은 예입니다.”
과학자 유명한, “모양체 시냅스를 가로질러 전달된 신호는 핵의 게놈 물질을 변화시킬 수 있기 때문에, 그것들은 축삭에서 세포로 전달되는 신호보다 뉴런의 장기적인 변화를 일으킬 가능성이 높습니다. 수상 돌기. 이러한 변화는 단백질을 암호화하는 염색질에 따라 몇 시간에서 며칠, 몇 년까지 지속될 수 있습니다.”
과학자들은 주로 세로토닌 수용체를 관찰했습니다. 섬모에는 다른 신경 전달 물질에 대해 최소한 10~XNUMX개의 다른 수용체가 있으며 현재 검사가 필요합니다. 간과 신장과 같이 뇌를 넘어선 다른 세포의 섬모도 자세히 살펴볼 가치가 있습니다.
이러한 모양체 시냅스와 수용체의 역할에 대한 더 나은 이해는 과학자들이 보다 선택적인 약물을 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다. 세로토닌 수송체를 표적으로 하는 약물은 우울증 치료에 사용되는 반면 세로토닌은 수면-각성 주기와도 관련이 있습니다.
저널 참조 :
- Shu-Hsien Sheu, Srigokul Upadhyayula, Vincent Dupuy, et al. 세로토닌 성 축색 섬모 시냅스는 염색질 접근성을 변경하기 위해 핵 신호를 유도합니다. 세포. DOI : 10.1016 / j.cell.2022.07.026
