뉴런은 시냅스라고 불리는 접합부에서 서로 통신합니다. 칼슘 이온이 화학적 메시지를 담고 있는 소포로 채워진 "활성 영역"으로 이동하면 "소통"이 시작됩니다. 소포는 전하를 띤 칼슘으로 인해 시냅스전 뉴런의 외막과 "융합"되어 통신용 화학 화물을 시냅스후 세포로 방출합니다.
Picower 학습 및 기억 연구소의 새로운 연구 MIT 뉴런이 어떻게 이 중요한 인프라를 설정하고 유지하는지 보여줍니다.
칼슘 채널은 칼슘 유입의 주요 결정 요인이기 때문에 전기 신호를 화학적 시냅스 전달로 변환하는 시냅스 전 측 엔진의 중요한 부분이며, 이는 소포 융합을 유발합니다. 그러나 활성 영역에 어떻게 축적되는지는 불분명했습니다.
이 새로운 연구는 활성 영역이 어떻게 칼슘 채널을 축적하고 조절하는지에 대한 단서를 제공합니다.
새로운 연구의 수석 저자이자 MIT 생물학, 뇌 및 인지과학과의 신경과학 교수인 Troy Littleton은 다음과 같이 말했습니다. “시냅스전 칼슘 채널 기능의 조절은 상당한 임상적 효과를 갖는 것으로 알려져 있습니다. 이러한 채널이 어떻게 규제되는지에 대한 기준을 이해하는 것이 중요합니다.”
활성 영역이 발달하려면 칼슘 채널이 필수적입니까?
과학자들은 애벌레에서 이 질문에 대한 답을 찾고 싶었습니다. 파리의 칼슘 채널 유전자("불협화음" 또는 Cac라고 함)는 매우 중요하므로 이 유전자 없이는 살 수 없다는 점에 유의해야 합니다.
과학자들은 파리 전체에서 Cac을 제거하는 대신 단 하나의 파리 개체군에서만 Cac을 제거하는 기술을 사용했습니다. 뉴런. 그들은 이를 통해 Cac 없이도 활성 영역이 정기적으로 발전한다는 것을 입증했습니다.
그들은 또한 파리의 유충 단계를 인위적으로 연장하는 또 다른 기술을 사용했습니다. 그들은 추가 시간이 주어지면 활성 영역은 BRP라는 단백질로 구조를 계속 구축하지만 Cac 축적은 정상적인 6일 후에 중단된다는 것을 발견했습니다.
또한 뉴런에서 사용 가능한 Cac 공급의 적당한 증가 또는 감소는 각 활성 영역에서 Cac의 양에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났습니다. 놀랍게도 그들은 Cac의 수가 각 활성 영역의 크기에 따라 확장되었지만 활성 영역에서 BRP를 크게 줄이면 거의 변하지 않는다는 사실을 발견했습니다. 실제로, 뉴런은 각 활성 영역에 존재하는 Cac의 양에 대해 일정한 한도를 설정하는 것으로 나타났습니다.
MIT 박사후 연구원 Karen Cunningham은 이렇게 말했습니다. "이는 뉴런이 시간이 지남에 따라 계속 축적되는 BRP와 같은 활성 영역의 구조 단백질에 대해 매우 다른 규칙을 갖는 것과 엄격하게 조절되고 그 양이 제한된 칼슘 채널에 대해 매우 다른 규칙을 가지고 있음을 보여주었습니다."
Cac 공급이나 BRP의 변화 외에도 다른 요인들도 Cac 수준을 매우 엄격하게 조절해야 합니다. 그들은 alpha2delta로 전환했습니다.
과학자들은 그 양의 표현을 유전적으로 조작하여 alpha2delta 수준이 활성 영역에 얼마나 많은 Cac가 축적되는지 직접적으로 결정한다는 사실을 발견했습니다. 추가 실험에서는 또한 뉴런의 전체 Cac 공급이 Cac 수준을 유지하는 alpha2delta의 능력을 모니터링한다는 사실도 밝혀졌습니다.
이는 활성 영역에서 Cac 양을 안정화하여 제어하는 대신 alpha2delta가 Cac 트래피킹 중에 활성 영역에 Cac를 공급하고 재공급하는 업스트림 기능을 수행할 가능성이 있음을 시사합니다.
그들은 두 가지 다른 기술을 사용하여 이러한 재공급을 관찰했습니다. 그들은 또한 그것과 그 타이밍에 대한 측정을 생성했습니다.
Cunningham은 며칠간의 개발 후 활성 영역을 이미지화하고 Cac 풍부도를 측정하여 풍경을 확인했습니다. 그런 다음 그녀는 Cac 형광을 표백하여 지웠습니다. 24시간 후, 그녀는 Cac 형광을 새롭게 시각화하여 해당 24시간 동안 활성 영역에 전달된 새로운 Cac만 강조했습니다.
그녀는 Cac이 그날 거의 모든 활성 영역에 전달되는 것을 관찰했습니다. 하지만 그 하루의 일은 사실 이전의 축적된 일에 비하면 미미한 수준이었습니다. 그녀는 또한 더 큰 활성 영역이 작은 영역보다 더 많은 Cac를 축적한다는 것을 확인했습니다. 또한 변경된 alpha2delta 플라이 모델에는 새로운 Cac 전달이 거의 없었습니다.
다음 작업은 Cac 채널이 활성 영역에서 제거되는 속도를 결정하는 것이었습니다. 이를 위해 과학자들은 Cac 단백질에 태그가 붙은 Maple이라는 광전환 단백질을 이용한 염색 기술을 사용했습니다. 이를 통해 그녀가 선택한 시간에 빛의 섬광으로 색상을 변경할 수 있었습니다.
이렇게 하면 특정 시간(녹색으로 표시)까지 Cac가 얼마나 축적되었는지 표시한 다음 빛을 깜박여 해당 Cac를 빨간색으로 바꿉니다. 30일 후, 빨간색 Cac의 거의 2%가 새로운 녹색 Cac으로 교체되었습니다. 이 Cac 전환율은 알파XNUMX 델타를 돌연변이시키거나 Cac 생합성을 감소시켜 Cac 전달 수준을 감소시켰을 때 중단되었습니다.
커닝햄은 이렇게 말했습니다. "이것은 활성 구역에서 매일 상당한 양의 Cac가 전환되고 새로운 Cac 전달로 인해 전환이 촉발된다는 것을 의미합니다."
Littleton 말했다, "이제 칼슘 채널의 풍부함과 보충에 대한 규칙이 명확해졌으므로 뉴런이 가소성을 겪을 때 규칙이 어떻게 다른지 알고 싶습니다. 예를 들어 새로운 수신 정보가 뉴런이 시냅스 통신의 규모를 확대하거나 축소하기 위해 통신을 조정해야 하는 경우입니다."
"저는 또한 세포체에서 만들어지는 개별 칼슘 채널을 추적한 다음 신경 축색을 따라 활성 영역으로 이동하는 것을 열망하고 있으며, 그는 어떤 다른 유전자가 Cac 풍부도에 영향을 미칠 수 있는지 확인하고 싶습니다."
저널 참조 :
- 카렌 L 커닝햄, 채드 W 사우볼라, 사라 타바나, J 트로이 리틀턴. 전달과 회전율의 균형을 통해 활성 영역에서 시냅스 전 Ca2+ 채널 풍부도를 조절합니다. 신경 과학. DOI : 10.7554 / eLife.78648
