Nöronlar birbirleriyle sinaps adı verilen bağlantı noktalarında iletişim kurarlar. Kalsiyum iyonları, kimyasal mesajlar içeren keseciklerle dolu "aktif bölgelere" girdiğinde "iletişim kurmaya" başlarlar. Kesecikler, elektrik yüklü kalsiyum nedeniyle presinaptik nöronların dış zarlarıyla "birleşir" ve iletişim kimyasal yükünü postsinaptik hücreye bırakır.
Picower Öğrenme ve Bellek Enstitüsü tarafından yapılan yeni bir çalışma İLE nöronların bu hayati altyapıyı nasıl kurduğunu ve sürdürdüğünü ortaya koyuyor.
Kalsiyum kanalları, presinaptik taraftaki motorun önemli bir parçasıdır ve elektrik sinyallerini kimyasal sinaptik iletime dönüştürür, çünkü kalsiyum akışının birincil belirleyicisi bunlardır ve bu da vezikül füzyonuna neden olur. Ancak aktif bölgelerde nasıl biriktikleri belirsizdi.
Bu yeni çalışma, aktif bölgelerin nasıl biriktiğine ve kalsiyum kanallarının bolluğunu nasıl düzenlediğine dair ipuçları sunuyor.
Yeni çalışmanın kıdemli yazarı ve MIT'nin Biyoloji, Beyin ve Bilişsel Bilimler bölümlerinde Menicon Nörobilim Profesörü Troy Littleton şunları söyledi: "Presinaptik kalsiyum kanallarının fonksiyonunun modülasyonunun önemli klinik etkilere sahip olduğu bilinmektedir. Bu kanalların nasıl düzenlendiğinin temel çizgisini anlamak önemlidir."
Aktif bölgelerin gelişmesi için kalsiyum kanalları gerekli midir?
Bilim insanları bu sorunun cevabını larvalarda belirlemek istedi. Sineğin kalsiyum kanalı geninin ("kakofoni" veya Cac olarak adlandırılır) o kadar önemli olduğunu ve onsuz yaşayamayacaklarını belirtmek gerekir.
Bilim insanları, Cac'i tüm sinek boyunca yok etmek yerine, yalnızca bir popülasyondaki Cac'ı ortadan kaldıracak bir teknik kullandılar. nöronlar. Bunu yaparak aktif bölgelerin Cac olmadan bile düzenli olarak geliştiğini gösterdiler.
Ayrıca sineğin larva evresini yapay olarak uzatan başka bir teknik de kullandılar. Fazladan zaman verildiğinde aktif bölgenin BRP adı verilen bir protein ile yapısını oluşturmaya devam edeceğini, ancak Cac birikiminin normal altı günden sonra durduğunu buldular.
Ayrıca nörondaki mevcut Cac kaynağındaki ılımlı artışların veya azalmaların, her aktif bölgede ne kadar Cac bulunduğunu etkilemediği de bulundu. Şaşırtıcı bir şekilde, Cac sayısının her bir aktif bölgenin boyutuna göre ölçeklenmesine rağmen, aktif bölgedeki BRP'yi önemli ölçüde azaltmaları durumunda neredeyse hiç değişmediğini buldular. Aslında nöronun, her aktif bölge için mevcut Cac miktarı üzerinde sabit bir sınır oluşturduğu görüldü.
MIT doktora sonrası araştırmacısı Karen Cunningham şunları söyledi: "Bu, nöronun, BRP gibi aktif bölgedeki yapısal proteinler için zaman içinde birikmeye devam eden yapısal proteinler ile sıkı bir şekilde düzenlenen ve bolluğu sınırlanan kalsiyum kanalı için çok farklı kurallara sahip olduğunu ortaya çıkardı."
Cac tedariki veya BRP'deki değişikliklerin yanı sıra, diğer faktörlerin de Cac seviyelerini çok sıkı bir şekilde düzenlemesi gerekir. Alpha2delta'ya döndüler.
Miktarının ifadesini genetik olarak değiştiren bilim insanları, alfa2delta seviyelerinin aktif bölgelerde ne kadar Cac biriktiğini doğrudan belirlediğini buldu. Diğer deneyler ayrıca nöronun genel Cac desteğinin, alfa2delta'nın Cac seviyelerini koruma yeteneğini izlediğini ortaya çıkardı.
Bu, aktif bölgelerdeki Cac miktarını stabilize ederek kontrol etmek yerine, alfa2delta'nın muhtemelen Cac trafiği sırasında aktif bölgelere Cac tedarik etmek ve yeniden tedarik etmek için yukarı yönde çalıştığını öne sürüyor.
İki farklı teknik kullanarak bu ikmali gözlemlediler. Ayrıca bunun ölçümlerini ve zamanlamasını da oluşturdular.
Cunningham, birkaç günlük geliştirme sürecinin ardından aktif bölgeleri görüntülemek için bir an seçti ve manzarayı tespit etmek için Cac bolluğunu ölçtü. Sonra onu silmek için Cac floresansını beyazlattı. 24 saat sonra, yalnızca 24 saat içinde aktif bölgelere iletilen yeni Cac'ı vurgulamak için Cac floresansını yeniden görselleştirdi.
O gün neredeyse tüm aktif bölgelere Cac'ın dağıtıldığını gözlemledi. Yine de o bir günlük çalışma aslında önceki günlerin birikimiyle karşılaştırıldığında önemsizdi. Ayrıca daha büyük aktif bölgelerin küçük olanlara göre daha fazla Cac biriktirdiğini gördü. Ek olarak, değiştirilmiş alpha2delta sinek modellerinde neredeyse hiç yeni Cac dağıtımı yoktu.
Bir sonraki görev, Cac kanallarının aktif bölgelerden hangi hızda kaldırıldığını belirlemekti. Bunu yapmak için bilim insanları, Cac proteinine etiketlenmiş Maple adı verilen foto-dönüştürülebilir bir proteinle boyama tekniği kullandılar. Bu, seçtikleri zamanda bir ışık parlamasıyla rengi değiştirmelerine olanak sağladı.
Bunu yapmak, belirli bir süre içinde ne kadar Cac'ın biriktiğini gösterir (yeşil renkle gösterilir) ve ardından Cac'ı kırmızıya çevirmek için ışığı yakıp söndürür. Beş gün sonra kırmızı Cac'ın neredeyse yüzde 30'u yeni yeşil Cac ile değiştirildi. Bu Cac devri, alfa2 deltanın mutasyona uğraması veya Cac biyosentezinin azaltılması yoluyla Cac dağıtım seviyeleri azaldığında durdu.
Cunningham şunları söyledi: "Bu, aktif bölgelerde her gün önemli miktarda Cac'ın devredildiği ve cironun yeni Cac teslimatıyla tetiklendiği anlamına geliyor."
Littleton şuraya, "Artık kalsiyum kanalı bolluğu ve yenilenmesinin kuralları açık olduğuna göre, nöronlar plastisiteye uğradığında bunların nasıl farklılaştığını bilmek istiyorum - örneğin yeni gelen bilgi, nöronların sinaptik iletişimi artırmak veya azaltmak için iletişimlerini ayarlamasını gerektirdiğinde."
"Ayrıca, hücre gövdesinde üretilen bireysel kalsiyum kanallarını takip etmek ve ardından sinir aksonunu aktif bölgelere taşımak konusunda da istekliyim ve kendisi, Cac bolluğunu başka hangi genlerin etkileyebileceğini belirlemek istiyor."
Dergi Referans:
- Karen L Cunningham, Chad W Sauvola, Sara Tavana, J Troy Littleton. Dağıtım ve devir dengesi yoluyla aktif bölgelerdeki presinaptik Ca2+ kanal bolluğunun düzenlenmesi. Neuroscience. DOI: 10.7554 / eLife.78648
