Synapsy odnoszą się do punktów styku między neuronami, w których informacja jest przekazywana z jednego neuronu do drugiego. Zwykle występują między aksonem jednego neuronu a dendrytami innych neuronów. Do tej pory nie zaobserwowano synaps między aksonem neuronu a rzęską pierwotną.
Wykorzystując mikroskopy o wysokiej rozdzielczości i innowacyjne narzędzia, naukowcy z kampusu badawczego Janelia HHMI zajrzeli w głąb komórki i rzęsek, aby zaobserwować synapsę. Odkryli nowy rodzaj synapsy w maleńkich włoskach na powierzchni neurony. Ta konkretna synapsa reprezentuje sposób na zmianę tego, co jest transkrybowane lub tworzone w jądrze, co zmienia całe programy.
Janelia Senior Group Leader David Clapham, którego zespół prowadził nowe badanie, powiedział: „Skutki w komórce są nie tylko krótkotrwałe, niektóre mogą być długoterminowe. To jest jak nowa stacja dokująca na komórce, która daje ekspresowe dostęp do chromatyny zmiany, co jest bardzo ważne, ponieważ chromatyna zmienia tak wiele aspektów komórki”.
Odkrycie tego nowego rodzaju synapsy może pomóc naukowcom lepiej zrozumieć, w jaki sposób przekazywane są długoterminowe zmiany komórkowe. The rzęsy, które rozciągają się od wnętrza komórki, blisko jądra, na powierzchnię, mogą oferować komórkom szybszą i bardziej skoncentrowaną metodę przeprowadzania tych długoterminowych zmian.
Cilia – maleńkie organelle przypominające włoskowate przyczepione do powierzchni komórki – odgrywają zasadniczą rolę w procesie podziału komórek podczas rozwoju. Jednak pozostaje nieuchwytne, dlaczego inne komórki w naszym ciele, w tym neurony, zachowały do dojrzałości ten podobny do włosa, rozmiar bakterii.
Ze względu na to, że rzęski te były trudne do zobaczenia przy użyciu konwencjonalnych metod obrazowania, naukowcy na ogół je przeoczyli. Jednak nowsze postępy w technologii obrazowania wzbudziły zainteresowanie tymi małymi wyrostkami.
Wykorzystując elektronową mikroskopię skanującą zogniskowaną wiązką jonów, czyli FIB-SEM, naukowcy przyglądają się rzęskom. Zaobserwowali połączenie lub synapsę między neuronami Akson i rzęski wystające poza ciało komórki. Zespół określa te połączenia jako synapsy „aksonowo-rzęskowe” lub „akso-rzęskowe” ze względu na ich podobieństwa strukturalne do znanych synaps.
Później naukowcy opracowali nowe bioczujniki i narzędzia chemiczne, aby określić funkcję tej nowej synapsy. Wykorzystali obrazowanie czasu życia fluorescencji (FLIM) do lepszych pomiarów zdarzeń biochemicznych wewnątrz rzęsek.
Shu-Hsien Sheu, starszy naukowiec w Janelii i pierwszy autor nowego badania, powiedział: „Nauczyłem się FLIM podczas pandemii, aby poradzić sobie z niektórymi wyzwaniami technicznymi. Okazało się, że zmieniło to zasady gry”.
Korzystając z tych narzędzi, naukowcy pokazali krok po kroku, jak neuroprzekaźnik serotoniny jest uwalniany z aksonu na receptory na rzęskach. To uruchamia kaskadę sygnalizacyjną, która otwiera strukturę chromatyny i umożliwia zmiany materiału genomowego w jądrze komórkowym.
Sheu powiedział: „Funkcja sprawia, że statyczne struktury ożywają. Kiedy już byliśmy pewni odkrycia strukturalnego, przyjrzeliśmy się głęboko jego właściwościom funkcjonalnym”.
Sheu mówi: „Filozofia badawcza HHMI oparta na ciekawości umożliwiła Discovery, co mogło nie być możliwe w tradycyjnym środowisku badawczym. To dobry przykład tego, jak możemy przekształcić obserwacje w odkrycia”.
Naukowcy zauważyć, „Ponieważ sygnały przekazywane przez synapsę rzęskową umożliwiają zmiany w materiale genomowym w jądrze, prawdopodobnie są one odpowiedzialne za długoterminowe zmiany w neuronach niż sygnały przekazywane z aksonów do dendryty. Zmiany te mogą trwać od godzin do dni, a nawet lat, w zależności od tego, jak chromatyna koduje białka”.
Naukowcy obserwowali głównie receptory serotoniny. Na rzęskach znajduje się co najmniej siedem do 10 innych receptorów różnych neuroprzekaźników, które należy teraz zbadać. Rzęski na innych komórkach poza mózgiem, takich jak wątroba i nerki, również zasługują na bliższe przyjrzenie się.
Lepsze zrozumienie roli tych synaps rzęskowych i receptorów może pomóc naukowcom w opracowaniu bardziej selektywnych leków. Leki ukierunkowane na transportery serotoniny są stosowane w leczeniu depresji, podczas gdy serotonina jest również powiązana z naszym cyklem snu i czuwania.
Referencje czasopisma:
- Shu-Hsien Sheu, Srigokul Upadhyayula, Vincent Dupuy, et al. Serotonergiczna synapsa aksonów i rzęsek kieruje sygnalizacją jądrową w celu zmiany dostępności chromatyny. Komórka, DOI: 10.1016 / j.cell.2022.07.026
