Синапси відносяться до контактних точок між нейронами, де інформація передається від одного нейрона до іншого. Зазвичай вони виникають між аксоном одного нейрона та дендритами інших нейронів. Досі синапси ніколи не спостерігалися між аксоном нейрона та первинною війкою.
Використовуючи мікроскопи з високою роздільною здатністю та інноваційні інструменти, вчені дослідницького кампусу Janelia HHMI зазирнули глибоко в клітину та вії, щоб спостерігати синапс. Вони виявили новий вид синапсів у крихітних волосках на поверхні нейрони. Цей конкретний синапс представляє спосіб змінити те, що транскрибується або створюється в ядрі, що змінює цілі програми.
Старший керівник групи Janelia Девід Клепхем, чия команда керувала новим дослідженням, сказав: «Ефекти в клітині не тільки короткострокові, деякі можуть бути довгостроковими. Це як новий док на клітинці, який дає експрес доступ до хроматину змін, що дуже важливо, оскільки хроматин змінює дуже багато аспектів клітини».
Відкриття цього нового типу синапсів може допомогти вченим краще зрозуміти, як передаються довгострокові зміни клітин. The війки, які простягаються від внутрішньої частини клітини, близько до ядра, до поверхні, можуть запропонувати швидший і цілеспрямованіший спосіб для клітин здійснити ці довготривалі зміни.
Війки - крихітні волосоподібні органели, прикріплені до поверхні клітини - відіграють важливу роль у поділі клітини під час розвитку. Однак залишається невловимим, чому інші клітини в нашому тілі, включаючи нейрони, зберегли цей виступ, схожий на волосся, розміром з бактерію до зрілості.
Через те, що ці вії було складно побачити за допомогою звичайних методів візуалізації, вчені зазвичай не звертали на них уваги. Однак новітні досягнення в технології візуалізації викликали інтерес до цих крихітних відростків.
Використовуючи скануючу електронну мікроскопію з фокусованим іонним променем, або FIB-SEM, вчені розглядають вії. Вони спостерігали зв’язок, або синапс, між нейронами аксон і війка, що виступає за межі тіла клітини. Команда називає ці з’єднання «аксон-циліарним» або «аксо-циліарним» синапсами через їх структурну подібність до відомих синапсів.
Пізніше вчені розробили нові біосенсори та хімічні інструменти для визначення функції цього нового синапсу. Вони використовували флуоресцентне зображення протягом життя (FLIM) для кращих вимірювань біохімічних подій всередині війок.
Шу-Сянь Шеу, старший науковий співробітник Janelia та перший автор нового дослідження, сказав: «Я вивчив FLIM під час пандемії, щоб вирішити деякі технічні проблеми. Виявилося, що це змінило правила гри».
Використовуючи ці інструменти, вчені показали поетапне функціонування нейромедіатора серотоніну вивільняється з аксона на рецептори війок. Це запускає сигнальний каскад, який відкриває структуру хроматину та дозволяє змінювати геномний матеріал у ядрі клітини.
Шеу сказав, «Функція – це те, що робить статичні структури живими. Упевнившись у структурній знахідці, ми глибоко вивчили її функціональні властивості».
Шеу каже, «Філософія досліджень HHMI, керована цікавістю, уможливила Discovery, що, можливо, було неможливо в традиційних дослідницьких умовах. Це хороший приклад того, як ми можемо перетворити спостереження на відкриття».
Вчені зазначив,, «Оскільки сигнали, що проходять через циліарний синапс, уможливлюють зміни геномного матеріалу в ядрі, вони, ймовірно, відповідають за довгострокові зміни в нейронах, ніж сигнали, що передаються від аксонів до дендрити. Ці зміни можуть тривати від годин до днів або років, залежно від того, як хроматин кодує білки».
Вчені в основному спостерігали за рецепторами серотоніну. На війках є принаймні сім-десять інших рецепторів для різних нейромедіаторів, які тепер потрібно вивчити. Війки на інших клітинах за межами мозку, таких як печінка та нирки, також заслуговують ближчого розгляду.
Краще розуміння ролі цих циліарних синапсів і рецепторів може допомогти вченим розробити більш вибіркові ліки. Препарати, які націлені на транспортери серотоніну, використовуються для лікування депресії, а серотонін також пов’язаний із нашим циклом сну та неспання.
Довідка з журналу:
- Shu-Hsien Sheu, Srigokul Upadhyayula, Vincent Dupuy та ін. Серотонінергічний синапс аксон-ресниця керує ядерною сигналізацією, щоб змінити доступність хроматину. Осередок. DOI: 10.1016 / j.cell.2022.07.026
