Sinapsele se referă la punctele de contact dintre neuroni în care informațiile sunt transmise de la un neuron la altul. Ele apar de obicei între axonul unui neuron și dendritele altor neuroni. Până acum, nu s-au observat niciodată sinapse între axonul neuronului și ciliul primar.
Folosind microscoape de înaltă rezoluție și instrumente inovatoare, oamenii de știință de la campusul de cercetare Janelia al HHMI au observat adânc în celulă și cili pentru a observa sinapsa. Ei au descoperit un nou tip de sinapsă în firele de păr minuscule de pe suprafața neuroni. Această sinapsă specială reprezintă o modalitate de a schimba ceea ce este transcris sau realizat în nucleu, ceea ce schimbă programe întregi.
Janelia Senior Group Leader David Clapham, a cărei echipă a condus noua cercetare, a spus: „Efectele în celulă nu sunt doar pe termen scurt, unele pot fi pe termen lung. Este ca un nou andocare pe o celulă care dă expres acces la cromatină modificări, ceea ce este foarte important pentru că cromatina modifică atât de multe aspecte ale celulei.”
Descoperirea acestui nou tip de sinapsă ar putea ajuta oamenii de știință să înțeleagă mai bine cum sunt comunicate modificările celulare pe termen lung. The cilii, care se extind din interiorul celulei, aproape de nucleu, până la suprafață, pot oferi o metodă mai rapidă și mai concentrată pentru ca celulele să efectueze aceste modificări pe termen lung.
Cilia - organele mici asemănătoare părului atașate la suprafața celulei - joacă un rol esențial în diviziunea celulară în timpul dezvoltării. Cu toate acestea, rămâne evaziv de ce alte celule din corpul nostru, inclusiv neuronii, au păstrat până la maturitate această proeminență asemănătoare părului, de dimensiunea unei bacterii.
Datorită faptului că acești cili erau dificil de văzut folosind metode convenționale de imagistică, oamenii de știință i-au trecut cu vederea în general. Cu toate acestea, progresele mai recente în tehnologia imagistică au generat interes pentru aceste anexe minuscule.
Folosind microscopia electronică cu fascicul de ioni focalizat, sau FIB-SEM, oamenii de știință aruncă o privire asupra cililor. Ei au observat o conexiune, sau sinapsa, între neuroni axon iar ciliul proeminent în afara corpului celular. Echipa se referă la aceste conexiuni ca sinapse „axon-cilium” sau „axo-ciliare” din cauza asemănărilor lor structurale cu cele ale sinapselor cunoscute.
Mai târziu, oamenii de știință au dezvoltat noi biosenzori și instrumente chimice pentru a determina funcția acestei noi sinapse. Ei au folosit imagini cu fluorescență pe durata de viață (FLIM) pentru a măsura mai bine evenimentele biochimice din interiorul cililor.
Shu-Hsien Sheu, om de știință senior la Janelia și primul autor al noului studiu, a spus: „Am învățat FLIM în timpul pandemiei pentru a aborda unele dintre provocările tehnice. S-a dovedit a fi un schimbător de joc.”
Folosind aceste instrumente, oamenii de știință au arătat treptat cum neurotransmițătorul serotonina este eliberat din axon pe receptorii de pe cili. Acest lucru declanșează o cascadă de semnalizare care deschide structura cromatinei și permite modificări ale materialului genomic din nucleul celulei.
Sheu a spus, „Funcția este ceea ce face ca structurile statice să prindă viață. Odată încrezători în ceea ce privește descoperirea structurală, ne-am uitat în profunzime la proprietățile sale funcționale.”
Sheu spune, „Filosofia de cercetare bazată pe curiozitate a lui HHMI a permis Discovery, ceea ce poate să nu fi fost posibil într-un cadru de cercetare tradițional. Acesta este un bun exemplu despre cum putem transforma observațiile în descoperiri.”
Oamenii de stiinta notat, „Deoarece semnalele transmise prin sinapsa ciliară permit modificări ale materialului genomic din nucleu, ele sunt probabil responsabile pentru modificări pe termen mai lung ale neuronilor decât semnalele transmise de la axoni la dendritele. Aceste modificări ar putea dura de la ore la zile la ani, în funcție de cromatina care codifică proteine.”
Oamenii de știință au observat în principal receptorii pentru serotonină. Există cel puțin șapte până la 10 alți receptori pe cili pentru diferiți neurotransmițători care vor trebui acum examinați. Cilii de pe alte celule dincolo de creier, cum ar fi ficatul și rinichii, merită, de asemenea, o privire mai atentă.
O mai bună înțelegere a rolului acestor sinapse și receptori ciliari ar putea ajuta oamenii de știință să dezvolte medicamente mai selective. Medicamentele care vizează transportatorii serotoninei sunt folosite pentru a trata depresia, în timp ce serotonina este, de asemenea, legată de ciclul nostru somn-veghe.
Referința jurnalului:
- Shu-Hsien Sheu, Srigokul Upadhyayula, Vincent Dupuy, et al. O sinapsă serotoninergică axon-cilium conduce semnalizarea nucleară pentru a modifica accesibilitatea cromatinei. Celulă. DOI: 10.1016 / j.cell.2022.07.026
