Электрическую активность нейронов можно измерить с помощью крошечного наконечника электрода (вверху). Тело клетки нейрона размером около 20 тысячных миллиметра кажется зеленым под флуоресцентным микроскопом, потому что оно заполнено чувствительным к кальцию красителем (ниже). Изображение: JeongSeop Rhee
Нейроны общаются через химические передатчики, которые они хранят в пузырьковых синаптических пузырьках и высвобождают по мере необходимости. Чтобы иметь возможность надежно реагировать на стимуляцию, нейроны должны иметь определенное количество "остро выпускаемый" пузырьки. С помощью нового метода нейробиологи из Института экспериментальной медицины Макса Планка в Геттингене обнаружили, что нейроны систематически перерабатывают белковые компоненты, необходимые для высвобождения передатчика, и, таким образом, гарантируют надежность передачи сигнала в головном мозге.
Если этот процесс нарушен, связь между нейронами быстро прекращается, и жизненно важные процессы, основанные на быстрой передаче информации, например, видение или мгновенная идентификация источника звука, становятся невозможными. (Neuron, 4 ноября 2010 г.)
Нейроны передают сигналы друг другу через специализированные контакты, известные как синапсы. Когда передающий нейрон возбужден, он высвобождает химические передатчики, которые выделяются крошечными мембранными пузырьками, а затем достигают клетки-реципиента. Высвобождение трансмиттеров осуществляется за счет слияния везикул с клеточной мембраной – процесса, который требует взаимодействия различных белковых компонентов в клетке.
Прежде чем везикулы-передатчики смогут слиться с нейрональной мембраной, они должны сначала перейти в активное состояние. Соответствующий биохимический процесс называется затравкой. Во время этого процесса структура, известная как комплекс SNARE, создается из белковых компонентов, которые необходимы для быстрого слияния везикул с клеточной мембраной.
Под руководством корейского нейробиолога Чон Сопа Ри группа исследователей из Института экспериментальной медицины Макса Планка в Геттингене разработала новый метод, который можно использовать для прямого измерения прайминга синаптических везикул. Ученые использовали метод, который до сих пор можно было использовать только для нескольких особых типов клеток. "Вместо того, чтобы стимулировать нейроны электрически, с помощью нашей измерительной системы мы заполняем их химически упакованным сигналом, содержащим ионы кальция, а затем разрушаем упаковку вспышкой ультрафиолетового света," объясняет Ри. Это позволило ученым обойти многие сложные процессы, которые обычно предшествуют слиянию везикул. Они сделали этот процесс возможным, выращивая нейроны в чашках Петри на островках размером всего 0.Размер 04 квадратных миллиметра.
С помощью своего нового метода Ри и его коллеги Андреа Бургалосси и Сангьонг Юнг обнаружили, что два белковых компонента, известные как SNAP, играют чрезвычайно важную роль в рециркуляции комплексов SNARE в синапсах. Без SNAP восстановление отдельных компонентов комплексов SNARE блокируется, а функция синапсов также блокируется во времени.
"Мы особенно восхищены нашим новым методом," говорит JeongSeop Rhee, "потому что он обеспечивает ранее недоступную информацию о механизмах высвобождения передатчика из синапсов." Новая информация о прайминговой роли белков SNAP также очень важна. "Ряд фармацевтических компаний работают над процессами, влияющими на прайминг синаптических везикул." Если исследователям удастся регулировать этот процесс фармакологически, можно будет разработать совершенно новые методы лечения эпилепсии, которые позволят избежать многих побочных эффектов, связанных с текущим процессом лечения.