Технология визуализации показала, как общаются нейроны23.06.2024 14:15

Исследователи из Больницы для больных детей (SickKids) использовали передовые технологии визуализации в Центре наномасштабной биомедицинской визуализации SickKids, чтобы выявить атомную структуру фермента, который нейроны используют для общения. О достижении ученых написало издание Medical Xpress.

Вся деятельность мозга — от памяти и эмоций до обучения и контроля движений — становится возможной благодаря коммуникации через синапсы — связи между нейронами. Когда это общение оказывается безуспешным, могут возникнуть различные заболевания, включая эпилепсию. 

Нейрон — это тип клетки, которая специализируется на общении с другими клетками путем отправки химических сигналов, называемых нейротрансмиттерами, в синапсы. В мозгу между нейронами имеется 100 триллионов синапсов. Способ общения нейронов изучается на протяжении десятилетий. Новое исследование демонстрирует модели, полученные на основе сотен тысяч изображений с высоким разрешением, которые раскрывают синаптическую функцию более детально.

При общении нейроны выделяют нейротрансмиттеры в синапс для доставки к принимающему нейрону. Эти нейротрансмиттеры высвобождаются из небольших пакетов, называемых синаптическими пузырьками. Как только сообщение получено, нейротрансмиттеры должны быть переупакованы в новые синаптические пузырьки, чтобы очистить синапс и освободить место для следующего сигнала. Чтобы облегчить этот процесс, фермент, называемый АТФазой везикулярного типа (V-АТФаза), действует как насос, направляя нейротрансмиттеры в синаптические пузырьки. V-АТФаза также регулирует высвобождение нейромедиаторов из везикул.

В ходе исследования ученые узнали, что V-АТФаза контролирует процесс высвобождения нейромедиатора из синаптических везикул путем спонтанного распада после загрузки везикул. Они обнаружили, что при заполнении синаптических пузырьков нейромедиаторами V-АТФазы разделяются на две части, что затем позволяет высвободить нейромедиаторы.

Используя новые биохимические методы и методы визуализации, поддерживаемые Центром наномасштабной биомедицинской визуализации SickKids, ученые смогли изолировать синаптические везикулы и получить их изображения. После этого были разработаны новые вычислительные подходы для анализа изображений, чтобы показать V-АТФазу в везикулах с высоким разрешением — то, чего раньше никогда не делалось.

«Мы создали 3D-модели V-АТФазы на основе изображений, полученных с помощью криогенной электронной микроскопии (крио-ЭМ), метода, позволяющего получать изображения образцов при температуре −196°C. Наша команда увидела, что V-АТФаза взаимодействует с несколькими компонентами синаптического пузырька, который содержит множество белков и липидов, участвующих в высвобождении нейромедиаторов», — комментирует команда ученых.

Кроме того, исследователи узнали, что V-АТФаза взаимодействует с белком синаптофизином. По массе синаптофизин является наиболее распространенным белком синаптических пузырьков. До сих пор его функция в нейронах не была понятна. То, что обнаружили ученые, показывает, что синаптофизин помогает рекрутировать V-АТФазу в синаптические пузырьки при их первоначальном формировании.

«Теперь, когда мы обнаружили, что V-АТФаза взаимодействует с синаптофизином в синаптических пузырьках, мы работаем с доктором Лу-Янгом Вангом, старшим научным сотрудником программы нейронаук и психического здоровья, чтобы понять роль этого взаимодействия в мозгу. Мы также хотим понять, как загрузка везикул приводит к распаду V-АТФазы и как этот процесс контролирует высвобождение нейромедиаторов из нейронов», — заключают специалисты.

В будущем изучаемый учеными процесс может стать терапевтической мишенью для лечения многих заболеваний, включая некоторые виды эпилепсии.

Ранее ученые узнали,  нужен ли человеку язык, чтобы думать.