Các khớp thần kinh đề cập đến các điểm tiếp xúc giữa các nơ-ron nơi thông tin được truyền từ nơ-ron này sang nơ-ron tiếp theo. Chúng thường xảy ra giữa sợi trục của một nơron và đuôi gai của các nơron khác. Cho đến nay, người ta chưa bao giờ quan sát thấy các khớp thần kinh giữa sợi trục của tế bào thần kinh và lông mao sơ cấp.
Sử dụng kính hiển vi có độ phân giải cao và các công cụ cải tiến, các nhà khoa học tại Cơ sở nghiên cứu Janelia của HHMI đã nhìn sâu vào tế bào và lông mao để quan sát khớp thần kinh. Họ phát hiện ra một loại khớp thần kinh mới trong những sợi lông nhỏ xíu trên bề mặt tế bào thần kinh. Khớp thần kinh đặc biệt này thể hiện một cách để thay đổi những gì đang được phiên mã hoặc tạo ra trong nhân, điều này làm thay đổi toàn bộ chương trình.
Trưởng nhóm cấp cao Janelia David Clapham, người đứng đầu nhóm nghiên cứu mới, cho biết, “Những tác động lên tế bào không chỉ là ngắn hạn mà một số có thể là lâu dài. Nó giống như một bến tàu mới trên một ô mang lại tốc độ nhanh tiếp cận chất nhiễm sắc những thay đổi, điều này rất quan trọng vì nhiễm sắc thể thay đổi rất nhiều khía cạnh của tế bào.”
Việc khám phá ra loại khớp thần kinh mới này có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về cách thức truyền đạt những thay đổi lâu dài của tế bào. Các lông mi, kéo dài từ bên trong tế bào, gần nhân, đến bề mặt, có thể mang lại một phương pháp nhanh hơn và tập trung hơn để tế bào thực hiện những thay đổi lâu dài này.
Cilia - các bào quan nhỏ giống như sợi tóc gắn trên bề mặt tế bào - đóng vai trò thiết yếu trong quá trình phân chia tế bào trong quá trình phát triển. Tuy nhiên, vẫn chưa rõ lý do tại sao các tế bào khác trong cơ thể chúng ta, bao gồm cả tế bào thần kinh, vẫn giữ được phần nhô ra có kích thước bằng vi khuẩn, giống như sợi tóc này khi trưởng thành.
Do thực tế là những lông mao này rất khó nhìn thấy bằng các phương pháp chụp ảnh thông thường nên các nhà khoa học thường bỏ qua chúng. Tuy nhiên, những tiến bộ gần đây hơn trong công nghệ hình ảnh đã tạo ra sự quan tâm đến những phần phụ nhỏ bé này.
Sử dụng kính hiển vi điện tử quét chùm tia ion tập trung, hay FIB-SEM, các nhà khoa học sẽ quan sát lông mao. Họ quan sát thấy sự kết nối, hay khớp thần kinh, giữa tế bào thần kinh sợi trục và lông mao nhô ra bên ngoài thân tế bào. Nhóm nghiên cứu gọi những kết nối này là các khớp thần kinh “axon-cilium” hoặc “axon-ciliary” vì sự tương đồng về cấu trúc của chúng với các khớp thần kinh đã biết.
Sau đó, các nhà khoa học đã phát triển các cảm biến sinh học và công cụ hóa học mới để xác định Chức năng của khớp thần kinh mới này. Họ đã sử dụng hình ảnh suốt đời huỳnh quang (FLIM) để đo lường tốt hơn các sự kiện sinh hóa bên trong lông mao.
Shu-Hsien Sheu, nhà khoa học cấp cao tại Janelia và là tác giả đầu tiên của nghiên cứu mới, cho biết: “Tôi đã học FLIM trong thời kỳ đại dịch để giải quyết một số thách thức kỹ thuật. Hóa ra đó là một yếu tố thay đổi cuộc chơi.”
Bằng cách sử dụng những công cụ này, các nhà khoa học đã từng bước chỉ ra cách thức hoạt động của chất dẫn truyền thần kinh serotonin được giải phóng từ sợi trục tới các thụ thể trên lông mao. Điều này kích hoạt một tầng tín hiệu mở ra cấu trúc nhiễm sắc thể và cho phép thay đổi vật liệu gen trong nhân tế bào.
Sheu nói, “Chức năng là thứ làm cho các cấu trúc tĩnh trở nên sống động. Sau khi đã tự tin về phát hiện cấu trúc, chúng tôi đã xem xét sâu sắc các đặc tính chức năng của nó.”
Sheu nói, “Triết lý nghiên cứu hướng đến sự tò mò của HHMI đã tạo ra Discovery, điều có thể không thực hiện được trong môi trường nghiên cứu truyền thống. Đây là một ví dụ điển hình về cách chúng ta có thể biến những quan sát thành những khám phá.”
Các nhà khoa học lưu ý, “Bởi vì các tín hiệu truyền qua khớp thần kinh thể mi cho phép thay đổi vật liệu gen trong nhân, nên chúng có thể chịu trách nhiệm cho những thay đổi lâu dài ở tế bào thần kinh hơn so với các tín hiệu truyền từ sợi trục này sang sợi trục khác. nhánh cây. Những thay đổi này có thể kéo dài từ vài giờ đến vài ngày hoặc nhiều năm, tùy thuộc vào chất nhiễm sắc mã hóa protein.”
Các nhà khoa học chủ yếu quan sát các thụ thể serotonin. Có ít nhất 10 đến XNUMX cơ quan thụ cảm khác trên lông mao dành cho các chất dẫn truyền thần kinh khác nhau cần được kiểm tra. Lông mao trên các tế bào khác ngoài não như gan và thận cũng đáng được xem xét kỹ hơn.
Hiểu rõ hơn về vai trò của các khớp thần kinh và thụ thể đường mật này có thể giúp các nhà khoa học phát triển các loại thuốc chọn lọc hơn. Các loại thuốc nhắm vào chất vận chuyển serotonin được sử dụng để điều trị trầm cảm, trong khi serotonin cũng có liên quan đến chu kỳ ngủ-thức của chúng ta.
Tạp chí tham khảo:
- Shu-Hsien Sheu, Srigokul Upadhyayula, Vincent Dupuy và những người khác. Khớp thần kinh sợi trục-cilium tiết serotonin điều khiển tín hiệu hạt nhân để thay đổi khả năng tiếp cận của chất nhiễm sắc. Pin. DOI: 10.1016 / j.cell.2022.07.026
