Как нейроны строят и поддерживают свою способность к общению?

Как нейроны строят и поддерживают свою способность к общению?

Нейроны общаются друг с другом в соединениях, называемых синапсами. Когда ионы кальция перемещаются в «активные зоны», заполненные пузырьками, содержащими химические сообщения, они начинают «общаться». Везикулы «сливаются» с наружными мембранами пресинаптических нейронов благодаря электрически заряженному кальцию, высвобождая заряд своей химической связи с постсинаптической клеткой.

Новое исследование, проведенное Институтом обучения и памяти Пикауэра Массачусетского технологического института, показывает, как нейроны формируют и поддерживают эту жизненно важную инфраструктуру.

Кальциевые каналы являются важной частью механизма на пресинаптической стороне, который преобразует электрические сигналы в химическую синаптическую передачу, поскольку они являются основным фактором, определяющим приток кальция, который затем вызывает слияние пузырьков. Однако неясно, как они накапливаются в активных зонах.

Это новое исследование дает представление о том, как активные зоны накапливаются и регулируют изобилие кальциевых каналов.

Трой Литтлтон, старший автор нового исследования и профессор неврологии факультетов биологии, мозга и когнитивных наук Массачусетского технологического института, сказал: «Известно, что модуляция функции пресинаптических кальциевых каналов имеет значительные клинические эффекты. Понимание того, как регулируются эти каналы, очень важно».

Необходимы ли кальциевые каналы для развития активных зон?

Ученые хотят определить ответ на этот вопрос у личинок. Следует отметить, что ген кальциевого канала мух (называемый «какофонией» или Cac) настолько важен, что они не могут жить без него.

Вместо того, чтобы уничтожать Cac во всей мухе, ученые использовали технику, позволяющую устранить Cac только в популяции нейронов. Они продемонстрировали, что активные зоны регулярно развиваются даже без Cac.

Они также использовали другой метод, который искусственно продлевает личиночную стадию мухи. Они обнаружили, что с дополнительным временем активная зона будет продолжать строить свою структуру с белком, называемым BRP, но накопление Cac прекращается через шесть обычных дней. запас Cac, доступный для нейрона, не влиял на количество Cac, которое оказалось в каждой активной зоне. К своему удивлению, они обнаружили, что, хотя количество Cac масштабировалось с размером каждой активной зоны, мало что изменилось, если они значительно уменьшили BRP в активной зоне. Фактически, нейрон, по-видимому, устанавливал постоянный предел количества Cac, присутствующего в каждой активной зоне.

Постдокторант Массачусетского технологического института Карен Каннингем сказала: имели очень разные правила для структурных белков в активной зоне, таких как BRP, которые продолжали накапливаться с течением времени, в отличие от кальциевых каналов, которые жестко регулировались и имели ограниченное количество».

В дополнение к поставке Cac или изменениям BRP, другие факторы также должны столь жестко регулировать уровни Cac. Они обратились к alpha2delta.

Генетически манипулируя выражением его количества, ученые обнаружили, что уровни альфа2дельта напрямую определяют, сколько Cac накапливается в активных зонах. Другие эксперименты также показали, что общий запас Cac в нейроне отслеживает способность alpha2delta поддерживать уровни Cac. трафика, для подачи и пополнения Cac в активные зоны.

Используя два разных метода, они наблюдали это пополнение. Они также произвели измерения его и его времени.

Каннингем выбрал время после нескольких дней разработки для изображения активных зон и измерил обилие Cac, чтобы определить ландшафт. Поэтому она отбелила флуоресценцию Cac, чтобы стереть ее. Через 24 часа она повторно визуализировала флуоресценцию Cac, чтобы выделить только новые Cac, которые были доставлены в активные зоны в течение этих 24 часов.

Она отметила, что CAC в тот день был доставлен почти во все активные зоны. И все же этот рабочий день был, по сути, ничтожным по сравнению с накоплением предыдущих дней. Она также увидела, что в больших активных зонах накапливается больше Cac, чем в меньших. Так же почти не было повторной поставки Cac в измененных моделях мухи alpha2delta.

Следующей задачей было определить, с какой скоростью удаляются Cac-каналы из активных зон. Для этого ученые использовали метод окрашивания фотоконвертируемым белком Maple, меченным белком Cac. Это позволяло им менять цвет со вспышкой света в выбранный момент.

Это показывает, сколько Cac накопилось за определенное время (показано зеленым), а затем мигает свет, чтобы активировать красный осколок. Через пять дней почти 30% красных Cac были заменены новыми зелеными Cac. Этот оборот Cac прекращался, когда уровни доставки Cac снижались из-за мутации альфа2-дельта или снижения биосинтеза Cac.

Каннингем сказал, «Это означает, что в активных зонах ежедневно обрабатывается значительное количество Cac и что оборот обусловлен новой доставкой Cac».

Литтлтон сказал, «Теперь, когда правила изобилия и пополнения кальциевых каналов ясны, я хочу знать, как они различаются, когда нейроны подвергаются пластичности — например, когда поступающая новая информация требует, чтобы нейроны настраивали свои коммуникации для увеличения или уменьшения синаптической связи».

«Я также с нетерпением жду возможности отслеживать отдельные кальциевые каналы, поскольку они вырабатываются в теле клетки, а затем перемещаются по нервным аксонам к активным зонам, и он хочет определить, какие другие гены могут влиять на изобилие Cac».

Ссылка на журнал:

    1. Карен Л. Каннингэм, Чад В. Саувола, Сара Тавана, Джей Трой Литтлтон. Регуляция количества пресинаптических каналов Ca2+ в активных зонах посредством баланса доставки и оборота. Неврология. DOI: 10.7554/eLife.78648

Похожие сообщения

Оставить комментарий

ошибка: