Sinapses referem-se aos pontos de contato entre neurônios onde as informações são passadas de um neurônio para outro. Geralmente ocorrem entre o axônio de um neurônio e os dendritos de outros neurônios. Até agora, nunca foram observadas sinapses entre o axônio do neurônio e o cílio primário.
Usando microscópios de alta resolução e ferramentas inovadoras, os cientistas do Janelia Research Campus do HHMI examinaram profundamente a célula e os cílios para observar a sinapse. Eles descobriram um novo tipo de sinapse nos minúsculos pelos da superfície do neurônios. Esta sinapse em particular representa uma forma de alterar o que está sendo transcrito ou feito no núcleo, o que altera programas inteiros.
O líder do grupo sênior da Janelia, David Clapham, cuja equipe liderou a nova pesquisa, disse: “Os efeitos na célula não são apenas de curto prazo, alguns podem ser de longo prazo. É como um novo dock em uma célula que dá express acesso à cromatina mudanças, o que é muito importante porque a cromatina altera muitos aspectos da célula.”
A descoberta deste novo tipo de sinapse pode ajudar os cientistas a entender melhor como as mudanças celulares de longo prazo são comunicadas. O cílios, que se estendem do interior da célula, próximo ao núcleo, até a superfície, podem oferecer um método mais rápido e focado para as células realizarem essas alterações de longo prazo.
Os cílios – minúsculas organelas semelhantes a cabelos ligadas à superfície celular – desempenham um papel essencial na divisão celular durante o desenvolvimento. No entanto, ainda não se sabe por que outras células do nosso corpo, incluindo os neurônios, retiveram essa protuberância do tamanho de uma bactéria, semelhante a um cabelo, até a maturidade.
Devido ao fato de que esses cílios eram difíceis de ver usando métodos de imagem convencionais, os cientistas geralmente os ignoravam. No entanto, os avanços mais recentes na tecnologia de imagem geraram interesse nestes pequenos apêndices.
Usando microscopia eletrônica de varredura por feixe de íons focada, ou FIB-SEM, os cientistas observam os cílios. Eles observaram uma conexão, ou sinapse, entre o neurônio axônio e o cílio projetando-se para fora do corpo celular. A equipe se refere a essas conexões como sinapses “axônio-ciliares” ou “axo-ciliares” devido às suas semelhanças estruturais com as das sinapses conhecidas.
Mais tarde, os cientistas desenvolveram novos biossensores e ferramentas químicas para determinar a função desta nova sinapse. Eles usaram imagens de fluorescência vitalícia (FLIM) para melhores medições de eventos bioquímicos dentro dos cílios.
Shu-Hsien Sheu, cientista sênior da Janelia e primeiro autor do novo estudo, disse: “Aprendi FLIM durante a pandemia para enfrentar alguns dos desafios técnicos. Acabou sendo uma virada de jogo.”
Usando essas ferramentas, os cientistas mostraram passo a passo como o neurotransmissor serotonina é liberado do axônio para receptores nos cílios. Isto desencadeia uma cascata de sinalização que abre a estrutura da cromatina e permite alterações no material genômico no núcleo da célula.
Sheu disse: “Função é o que dá vida às estruturas estáticas. Uma vez confiantes sobre a descoberta estrutural, analisamos profundamente suas propriedades funcionais.”
Sheu diz: “A filosofia de investigação orientada pela curiosidade do HHMI permitiu a descoberta, o que pode não ter sido possível num ambiente de investigação tradicional. Este é um bom exemplo de como podemos transformar observações em descobertas.”
Os cientistas notado, “Como os sinais transmitidos através da sinapse ciliar permitem alterações no material genômico no núcleo, eles são provavelmente responsáveis por alterações de longo prazo nos neurônios do que os sinais transmitidos dos axônios para os neurônios. dendritos. Essas mudanças podem durar de horas a dias ou anos, dependendo da cromatina que codifica as proteínas.”
Os cientistas observaram principalmente receptores de serotonina. Existem pelo menos sete a 10 outros receptores nos cílios para diferentes neurotransmissores que agora precisarão ser examinados. Os cílios de outras células além do cérebro, como o fígado e os rins, também merecem uma análise mais detalhada.
Uma melhor compreensão do papel destas sinapses e receptores ciliares poderia ajudar os cientistas a desenvolver medicamentos mais seletivos. Medicamentos que têm como alvo os transportadores de serotonina são usados para tratar a depressão, enquanto a serotonina também está ligada ao nosso ciclo sono-vigília.
Jornal de referência:
- Shu-Hsien Sheu, Srigokul Upadhyayula, Vincent Dupuy, et al. Uma sinapse serotoninérgica axônio-cílio impulsiona a sinalização nuclear para alterar a acessibilidade da cromatina. Célula. DOI: 10.1016 / j.cell.2022.07.026
