ไซแนปส์หมายถึงจุดสัมผัสระหว่างเซลล์ประสาทที่ข้อมูลถูกส่งผ่านจากเซลล์ประสาทหนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่ง มักเกิดขึ้นระหว่างแอกซอนของเซลล์ประสาทหนึ่งกับเดนไดรต์ของเซลล์ประสาทอื่นๆ จนถึงขณะนี้ ไซแนปส์ไม่เคยสังเกตพบระหว่างแอกซอนของเซลล์ประสาทกับซีลีเนียมปฐมภูมิ
นักวิทยาศาสตร์จาก Janelia Research Campus ของ HHMI ได้ใช้กล้องจุลทรรศน์ความละเอียดสูงและเครื่องมือที่เป็นนวัตกรรมเพื่อเจาะลึกเข้าไปในเซลล์และตาเพื่อสังเกตไซแนปส์ พวกเขาค้นพบไซแนปส์รูปแบบใหม่ในขนเล็กๆ บนพื้นผิวของ เซลล์ประสาท. ไซแนปส์เฉพาะนี้แสดงถึงวิธีการเปลี่ยนสิ่งที่กำลังถอดเสียงหรือสร้างขึ้นในนิวเคลียส ซึ่งเปลี่ยนโปรแกรมทั้งหมด
David Clapham หัวหน้ากลุ่มอาวุโสของ Janelia ซึ่งทีมวิจัยใหม่นี้กล่าวว่า “ผลกระทบในเซลล์ไม่ใช่แค่ในระยะสั้น บางอย่างก็อาจเกิดขึ้นในระยะยาว ก็เหมือนท่าเรือใหม่บนเซลล์ที่ให้การแสดงออก การเข้าถึงโครมาติน การเปลี่ยนแปลงซึ่งสำคัญมากเพราะโครมาตินเปลี่ยนแปลงหลายแง่มุมของเซลล์”
การค้นพบไซแนปส์ชนิดใหม่นี้สามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจได้ดีขึ้นถึงวิธีการสื่อสารการเปลี่ยนแปลงของเซลล์ในระยะยาว ดิ ซิเลียซึ่งขยายจากด้านในของเซลล์ ใกล้กับนิวเคลียส สู่พื้นผิว อาจเสนอวิธีการที่เร็วและมุ่งเน้นมากขึ้นสำหรับเซลล์ในการดำเนินการเปลี่ยนแปลงระยะยาวเหล่านี้
Cilia- ออร์แกเนลล์คล้ายขนเล็กๆ ที่ติดอยู่กับผิวเซลล์- มีบทบาทสำคัญในการแบ่งเซลล์ระหว่างการพัฒนา อย่างไรก็ตาม ยังคงเข้าใจยากว่าทำไมเซลล์อื่นๆ ในร่างกายของเรา รวมถึงเซลล์ประสาทจึงยังคงรักษาส่วนที่ยื่นออกมาขนาดเท่าแบคทีเรียที่มีลักษณะเป็นขนนี้ไว้ได้
เนื่องจากความจริงที่ว่าตาเหล่านี้มีความท้าทายในการมองเห็นโดยใช้วิธีการสร้างภาพแบบเดิม นักวิทยาศาสตร์จึงมักมองข้ามสิ่งเหล่านี้ไป อย่างไรก็ตาม ความก้าวหน้าล่าสุดของเทคโนโลยีการถ่ายภาพได้สร้างความสนใจในส่วนเสริมเล็กๆ เหล่านี้
การใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดไอออนแบบโฟกัสด้วยลำแสงหรือ FIB-SEM นักวิทยาศาสตร์จะตรวจดูซีเลียโดยใช้กล้องจุลทรรศน์ พวกเขาสังเกตเห็นการเชื่อมต่อหรือไซแนปส์ระหว่างเซลล์ประสาท ซอน และซีเลียมที่ยื่นออกมานอกเซลล์ ทีมงานอ้างถึงการเชื่อมต่อเหล่านี้ว่า "axon-cilium" หรือ "axo-ciliary" synapses เนื่องจากโครงสร้างที่คล้ายคลึงกันกับ synapses ที่รู้จัก
ต่อมานักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาไบโอเซนเซอร์และเครื่องมือทางเคมีใหม่เพื่อกำหนดหน้าที่ของไซแนปส์ใหม่นี้ พวกเขาใช้การถ่ายภาพอายุการเรืองแสง (FLIM) เพื่อวัดเหตุการณ์ทางชีวเคมีภายในตาได้ดีขึ้น
Shu-Hsien Sheu นักวิทยาศาสตร์อาวุโสที่ Janelia และผู้เขียนคนแรกของการศึกษาใหม่กล่าวว่า “ฉันได้เรียนรู้ FLIM ระหว่างการระบาดใหญ่เพื่อจัดการกับความท้าทายทางเทคนิคบางอย่าง มันกลายเป็นตัวเปลี่ยนเกม”
การใช้เครื่องมือเหล่านี้ นักวิทยาศาสตร์ได้แสดงให้เห็นทีละขั้นตอนว่าสารสื่อประสาทเป็นอย่างไร serotonin ออกจากแอกซอนไปยังตัวรับที่ตา สิ่งนี้จะกระตุ้นการส่งสัญญาณแบบเรียงซ้อนที่เปิดโครงสร้างโครมาตินและอนุญาตให้เปลี่ยนแปลงวัสดุจีโนมในนิวเคลียสของเซลล์
ชูกล่าวว่า “ฟังก์ชันคือสิ่งที่ทำให้โครงสร้างแบบคงที่มีชีวิตขึ้นมา เมื่อมั่นใจในการค้นพบโครงสร้างแล้ว เราก็ตรวจสอบคุณสมบัติเชิงหน้าที่ของมันอย่างลึกซึ้ง”
ชูพูดว่า “ปรัชญาการวิจัยที่ขับเคลื่อนด้วยความอยากรู้ของ HHMI ทำให้เกิดการค้นพบ ซึ่งอาจเป็นไปไม่ได้ในการตั้งค่าการวิจัยแบบดั้งเดิม นี่เป็นตัวอย่างที่ดีของวิธีที่เราสามารถสังเกตการค้นพบได้”
นักวิทยาศาสตร์ เด่น, “เนื่องจากสัญญาณที่ส่งผ่านไซแนปส์ปรับเลนส์ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงต่อวัสดุจีโนมในนิวเคลียส พวกมันจึงมีแนวโน้มที่จะรับผิดชอบต่อการเปลี่ยนแปลงของเซลล์ประสาทในระยะยาวมากกว่าสัญญาณที่ส่งผ่านจากซอนไปยัง dendrites. การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้อาจคงอยู่นานหลายชั่วโมงเป็นวันหรือหลายปี ขึ้นอยู่กับโครมาตินที่เข้ารหัสโปรตีน”
นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่สังเกตเห็นตัวรับเซโรโทนิน มีอย่างน้อยเจ็ดถึง 10 ตัวรับอื่น ๆ ใน cilia สำหรับสารสื่อประสาทที่แตกต่างกันซึ่งจะต้องตรวจสอบในขณะนี้ Cilia ในเซลล์อื่นๆ นอกเหนือจากสมอง เช่น ตับและไต ก็ควรได้รับการพิจารณาอย่างใกล้ชิดเช่นกัน
ความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับบทบาทของไซแนปส์และตัวรับเลนส์ปรับเลนส์เหล่านี้สามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์พัฒนายาที่เลือกสรรมากขึ้นได้ ยาที่กำหนดเป้าหมายไปยังผู้ขนส่งเซโรโทนินนั้นใช้รักษาอาการซึมเศร้า ในขณะที่เซโรโทนินยังเชื่อมโยงกับวงจรการนอนหลับและตื่นของเราอีกด้วย
การอ้างอิงวารสาร:
- Shu-Hsien Sheu, Srigokul Upadhyayula, Vincent Dupuy, และคณะ ไซแนปส์ axon-cilium serotonergic ขับสัญญาณนิวเคลียร์เพื่อเปลี่ยนการเข้าถึงของโครมาติน เซลล์. ดอย: 10.1016 / j.cell.2022.07.026
