เซลล์ประสาทสื่อสารกันที่จุดเชื่อมต่อที่เรียกว่าไซแนปส์ เมื่อแคลเซียมไอออนเคลื่อนเข้าสู่ "โซนที่ทำงานอยู่" ซึ่งมีถุงบรรจุข้อความทางเคมีอยู่ พวกมันจะเริ่ม "สื่อสาร" ถุงจะ "หลอมรวม" กับเยื่อหุ้มชั้นนอกของเซลล์ประสาทพรีไซแนปติกเนื่องจากแคลเซียมที่มีประจุไฟฟ้า ปล่อยสารเคมีในการสื่อสารของพวกมันไปยังเซลล์โพสซินแนปติก
การศึกษาใหม่โดยสถาบัน Picower เพื่อการเรียนรู้และความทรงจำที่ เอ็มไอที เผยให้เห็นว่าเซลล์ประสาทสร้างและรักษาโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญนี้ได้อย่างไร
ช่องแคลเซียมเป็นส่วนสำคัญของเครื่องยนต์ที่ฝั่งพรีไซแนปติก ซึ่งจะแปลงสัญญาณไฟฟ้าไปเป็นการส่งผ่านไซแนปติกทางเคมี เนื่องจากสิ่งเหล่านี้เป็นตัวกำหนดหลักของการไหลเข้าของแคลเซียม ซึ่งทำให้เกิดฟองฟิวชั่น อย่างไรก็ตาม วิธีการสะสมในโซนที่มีการเคลื่อนไหวยังไม่ชัดเจน
การศึกษาครั้งใหม่นี้เสนอเบาะแสว่าโซนที่ใช้งานสะสมและควบคุมความอุดมสมบูรณ์ของช่องแคลเซียมได้อย่างไร
Troy Littleton ผู้เขียนอาวุโสของการศึกษาใหม่และศาสตราจารย์ Menicon สาขาประสาทวิทยาในแผนกชีววิทยา สมอง และวิทยาศาสตร์ความรู้ความเข้าใจของ MIT กล่าวว่า “การปรับการทำงานของช่องแคลเซียมพรีไซแนปติกเป็นที่รู้กันว่ามีผลทางคลินิกที่สำคัญ การทำความเข้าใจพื้นฐานวิธีการควบคุมช่องทางเหล่านี้เป็นสิ่งสำคัญ”
ช่องแคลเซียมจำเป็นต่อการพัฒนาโซนแอคทีฟหรือไม่?
นักวิทยาศาสตร์ต้องการหาคำตอบสำหรับคำถามนี้ในตัวอ่อน ควรสังเกตว่ายีนช่องแคลเซียมของแมลงวัน (เรียกว่า "cacophony" หรือ Cac) มีความสำคัญมากจนขาดไม่ได้
แทนที่จะกำจัด Cac ออกไปจนหมด นักวิทยาศาสตร์กลับใช้เทคนิคในการกำจัด Cac ในประชากรเพียงกลุ่มเดียว เซลล์ประสาท. พวกเขาแสดงให้เห็นว่าโซนที่แอคทีฟพัฒนาเป็นประจำแม้ไม่มี Cac ด้วยการทำเช่นนี้
พวกเขายังใช้เทคนิคอื่นที่ช่วยยืดระยะตัวอ่อนของแมลงวันโดยเทียม พวกเขาพบว่าเมื่อขยายเวลาออกไป บริเวณแอคทีฟจะยังคงสร้างโครงสร้างต่อไปด้วยโปรตีนที่เรียกว่า BRP แต่การสะสมของ Cac จะหยุดลงหลังจากผ่านไปหกวันตามปกติ
นอกจากนี้ยังพบว่าการเพิ่มขึ้นหรือลดลงในระดับปานกลางของปริมาณ Cac ที่มีอยู่ในเซลล์ประสาทไม่ส่งผลกระทบต่อปริมาณ Cac ที่สิ้นสุดในแต่ละโซนที่แอคทีฟ พวกเขาพบว่าแม้ว่าจำนวน Cac จะปรับขนาดตามขนาดของแต่ละโซนที่ใช้งานอยู่ แต่ก็แทบจะไม่เปลี่ยนแปลงเลยหากลด BRP ในโซนที่ใช้งานลงอย่างมีนัยสำคัญ ในความเป็นจริง เซลล์ประสาทดูเหมือนจะสร้างขีดจำกัดคงที่ของปริมาณ Cac ที่มีอยู่สำหรับแต่ละโซนที่ทำงานอยู่
MIT postdoc Karen Cunningham กล่าวว่า “เผยให้เห็นว่าเซลล์ประสาทมีกฎที่แตกต่างกันมากสำหรับโปรตีนโครงสร้างที่โซนแอคทีฟ เช่น BRP ที่ยังคงสะสมอยู่ตลอดเวลา เทียบกับช่องแคลเซียมที่ได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดและจำกัดปริมาณแคลเซียมไว้”
นอกจากการจัดหา Cac หรือการเปลี่ยนแปลงใน BRP แล้ว ปัจจัยอื่นๆ ยังต้องควบคุมระดับ Cac อย่างเข้มงวดอีกด้วย พวกเขาหันไปหา alpha2delta
นักวิทยาศาสตร์พบว่าระดับ alpha2delta เป็นตัวกำหนดปริมาณ Cac ที่สะสมในบริเวณที่มีการเคลื่อนไหวโดยตรง โดยควบคุมการแสดงออกของปริมาณทางพันธุกรรม การทดลองเพิ่มเติมยังเผยให้เห็นว่าปริมาณ Cac โดยรวมของเซลล์ประสาทจะตรวจสอบความสามารถของ alpha2delta ในการรักษาระดับ Cac
โดยแนะนำว่าแทนที่จะควบคุมปริมาณ Cac ที่โซนที่ใช้งานอยู่ด้วยการรักษาเสถียรภาพ Alpha2delta มีแนวโน้มที่จะทำงานต้นทางระหว่างการค้าขาย Cac เพื่อจัดหาและจัดหา Cac อีกครั้งไปยังโซนที่ใช้งานอยู่
พวกเขาใช้เทคนิคที่แตกต่างกันสองอย่างเพื่อสังเกตการเติมเสบียงนี้ พวกเขายังสร้างการวัดและเวลาของมันด้วย
คันนิงแฮมเลือกช่วงเวลาหลังจากการพัฒนาไม่กี่วันเพื่อสร้างภาพโซนที่มีการเคลื่อนไหวและวัดความอุดมสมบูรณ์ของ Cac เพื่อยืนยันภูมิทัศน์ จากนั้นเธอก็ฟอกสารเรืองแสง Cac นั้นออกเพื่อลบมันออก หลังจากผ่านไป 24 ชั่วโมง เธอเห็นภาพการเรืองแสงของ Cac อีกครั้งเพื่อเน้นเฉพาะ Cac ใหม่ที่ถูกส่งไปยังโซนที่ทำงานตลอด 24 ชั่วโมงนั้น
เธอสังเกตเห็นว่า Cac ถูกส่งไปทั่วทั้งโซนที่ใช้งานเกือบทั้งหมดในวันนั้น ถึงกระนั้น งานในวันหนึ่งก็ไม่มีนัยสำคัญเลยเมื่อเปรียบเทียบกับการสะสมจากวันก่อนหน้า นอกจากนี้เธอยังพบว่าโซนที่มีการเคลื่อนไหวขนาดใหญ่สะสม Cac มากกว่าโซนที่มีขนาดเล็ก นอกจากนี้ แทบจะไม่มีการส่งมอบ Cac ใหม่ในรุ่น alpha2delta fly ที่ได้รับการแก้ไข
ภารกิจต่อไปคือการกำหนดความเร็วของช่อง Cac ที่ถูกลบออกจากโซนที่ใช้งานอยู่ ในการทำเช่นนั้น นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้เทคนิคการย้อมสีด้วยโปรตีนที่เปลี่ยนสภาพด้วยแสงที่เรียกว่าเมเปิ้ลที่ติดแท็กกับโปรตีน Cac สิ่งนี้ทำให้พวกเขาเปลี่ยนสีได้ด้วยแสงแฟลชในเวลาที่เธอเลือก
การทำเช่นนี้จะแสดงจำนวน Cac ที่สะสมตามเวลาที่กำหนด (แสดงเป็นสีเขียว) จากนั้นจะกะพริบไฟเพื่อเปลี่ยน Cac นั้นให้เป็นสีแดง หลังจากผ่านไปห้าวัน Cac สีแดงเกือบ 30 เปอร์เซ็นต์ก็ถูกแทนที่ด้วย Cac สีเขียวตัวใหม่ การหมุนเวียนของ Cac นี้หยุดลงเมื่อระดับการนำส่ง Cac ลดลงโดยการกลายพันธุ์ของ alpha2 delta หรือลดการสังเคราะห์ทางชีวภาพของ Cac
คันนิงแฮมกล่าวว่า “นั่นหมายถึงปริมาณ Cac จำนวนมากถูกหมุนเวียนในแต่ละวันที่โซนที่ใช้งานอยู่ และการหมุนเวียนจะถูกกระตุ้นด้วยการส่งมอบ Cac ใหม่”
ลิตเทิล กล่าวว่า, “ตอนนี้กฎของความอุดมสมบูรณ์ของช่องแคลเซียมและการเติมเต็มมีความชัดเจนแล้ว ฉันต้องการทราบว่าพวกมันแตกต่างกันอย่างไรเมื่อเซลล์ประสาทได้รับความเป็นพลาสติก ตัวอย่างเช่น เมื่อข้อมูลขาเข้าใหม่ต้องการให้เซลล์ประสาทปรับการสื่อสารเพื่อเพิ่มหรือลดการสื่อสารแบบซินแนปติก”
“ฉันยังกระตือรือร้นที่จะติดตามช่องแคลเซียมแต่ละช่องในขณะที่พวกมันถูกสร้างขึ้นในร่างกายเซลล์ จากนั้นเคลื่อนลงไปตามแอกซอนประสาทไปยังโซนที่ทำงานอยู่ และเขาต้องการตรวจสอบว่ายีนอื่นใดที่อาจส่งผลต่อความอุดมสมบูรณ์ของ Cac”
การอ้างอิงวารสาร:
- คาเรน แอล คันนิงแฮม, แชด ดับเบิลยู เซาโวลา, ซารา ทาวานา, เจ ทรอย ลิตเทิลตัน การควบคุมความอุดมสมบูรณ์ของช่อง presynaptic Ca2 + ที่โซนที่ใช้งานอยู่ผ่านความสมดุลของการส่งมอบและการหมุนเวียน Neuroscience. ดอย: 10.7554/eLife.78648
