Kako neuroni grade i održavaju svoju sposobnost komunikacije?

Kako neuroni grade i održavaju svoju sposobnost komunikacije?

Os neurônios se comunicam entre si em junções chamadas sinapses. Quando os íons de cálcio se movem para “zonas ativas”, que são preenchidas com vesículas contendo mensagens químicas, eles começam a “comunicar”. As vesículas “se fundem” às membranas externas dos neurônios pré-sinápticos devido ao cálcio eletricamente carregado, liberando sua carga química de comunicação para a célula pós-sináptica.

Um novo estudo do Instituto Picower para Aprendizagem e Memória do MIT revela como os neurônios configuram e sustentam essa infraestrutura vital.

Os canais de cálcio são uma parte crucial do mecanismo no lado pré-sináptico que transforma os sinais elétricos em transmissão sináptica química, pois são o principal determinante do influxo de cálcio , que então causa a fusão da vesícula. No entanto, como eles se acumulam em zonas ativas não é claro.

Este novo estudo oferece pistas sobre como as zonas ativas se acumulam e regulam a abundância de canais de cálcio.

Troy Littleton, um autor sênior do novo estudo e Professor Menicon de Neurociência nos departamentos de Biologia e Cérebro e Ciências Cognitivas do MIT, disse, “A modulação da função dos canais de cálcio pré-sinápticos é conhecida por ter efeitos clínicos significativos. Compreender a linha de base de como esses canais são regulados é importante.”

Os canais de cálcio são essenciais para o desenvolvimento de zonas ativas?

Os cientistas querem para determinar a resposta a esta pergunta em larvas. Deve-se notar que o gene do canal de cálcio da mosca (chamado “cacofonia” ou Cac) é tão importante que eles não podem viver sem ele.

Em vez de eliminar Cac em toda a mosca, cientistas empregaram uma técnica para eliminar Cac em apenas uma população de neurônios. Eles demonstraram que as zonas ativas se desenvolvem regularmente mesmo sem Cac fazendo isso.

Eles também usaram outra técnica que prolonga artificialmente o estágio larval da mosca. Eles descobriram que, com tempo extra, a zona ativa continuará a construir sua estrutura com uma proteína chamada BRP, mas o acúmulo de Cac cessa após os seis dias normais. no suprimento de Cac disponível no neurônio não afetou a quantidade de Cac que acabou em cada zona ativa. Para sua surpresa, eles descobriram que, embora o número de Cac fosse dimensionado com o tamanho de cada zona ativa, pouco mudou se reduziram significativamente o BRP na zona ativa. Na verdade, o neurônio parecia estabelecer um limite constante na quantidade de Cac presente para cada zona ativa.

A pós-doutoranda do MIT Karen Cunningham disse: tinha regras muito diferentes para as proteínas estruturais na zona ativa, como BRP, que continuaram a se acumular ao longo do tempo, versus o canal de cálcio que foi rigidamente regulado e teve sua abundância limitada.”

Além do fornecimento de Cac ou mudanças no BRP, outros fatores também devem regular os níveis de Cac com tanta força. Eles se voltaram para alfa2delta.

Manipulando geneticamente a expressão de sua quantidade, os cientistas descobriram que os níveis de alfa2delta determinavam diretamente quanto Cac se acumulava nas zonas ativas. Outros experimentos também revelaram que o suprimento geral de Cac do neurônio monitora a capacidade do alfa2delta de manter os níveis de Cac. tráfico, para fornecer e reabastecer Cac para zonas ativas.

Usando duas técnicas diferentes, eles observaram esse reabastecimento. Eles também geraram medições dele e seu tempo.

Cunningham escolheu um momento após alguns dias de desenvolvimento para criar imagens de zonas ativas e mediu a abundância de Cac para determinar a paisagem. Então ela descoloriu aquela fluorescência Cac para apagá-la. Após 24 horas, ela visualizou novamente a fluorescência do Cac para destacar apenas o novo Cac que foi entregue às zonas ativas durante essas 24 horas.

Ela observou que o Cac foi entregue em quase todas as zonas ativas naquele dia. Ainda assim, aquele dia de trabalho foi, de fato, insignificante em comparação com o acúmulo de dias anteriores. Ela também viu que as zonas ativas maiores acumulavam mais Cac do que as menores. Além disso, quase não houve nova entrega de Cac nos modelos alterados de alpha2delta fly.

A próxima tarefa foi determinar em que ritmo os canais de Cac são removidos das zonas ativas. Para isso, os cientistas usaram uma técnica de coloração com uma proteína fotoconversível chamada Maple marcada com a proteína Cac. Isso permitiu que eles mudassem a cor com um flash de luz no momento escolhido.

Fazer isso mostra quanto Cac acumulou por um tempo específico (mostrado em verde) e, em seguida, pisca a luz para ativá-lo Caco vermelho. Após cinco dias, quase 30% do Cac vermelho havia sido substituído pelo novo Cac verde. Essa renovação de Cac parou quando os níveis de entrega de Cac foram reduzidos pela mutação de alfa2 delta ou redução da biossíntese de Cac.

Cunningham disse, “Isso significa que uma quantidade significativa de Cac é transformada dia nas zonas ativas e que o volume de negócios é motivado pela nova entrega de Cac.”

Littleton disse, “Agora que as regras de abundância do canal de cálcio e reabastecimento são claros, quero saber como eles diferem quando os neurônios sofrem plasticidade – por exemplo, quando novas informações recebidas exigem que os neurônios ajustem sua comunicação para aumentar ou diminuir a comunicação sináptica.”

“Também estou ansioso para rastrear os canais de cálcio individuais à medida que são produzidos no corpo celular e, em seguida, descer pelo axônio neural até as zonas ativas, e ele quer determinar quais outros genes podem afetar a abundância de Cac.”

Referenca časopisa:

    1. Karen L Cunningham, Chad W Sauvola, Sara Tavana, J Troy Littleton. Regulação da abundância de canais de Ca2+ pré-sinápticos em zonas ativas através de um equilíbrio de entrega e rotatividade. Neurociência. DOI: 10.7554/eLife.78648

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