...

Ученые наконец-то разгадали тайну «волосоподобных» структур, обнаруженных почти во всех клетках человека

[ad_1]

В среднем в человеческом мозгу насчитывается около 86 миллиардов нейронов. Имея в виду эту цифру и зная, что каждый из этих нейронов может соединяться с тысячами других нейронов, количество синаптических соединений в мозгу может легко сократиться до триллионов.

И это только с учетом одного «широко признанного» механизма работы синапсов. То есть между аксоном одного нейрона и дендритами других нейронов. Но что, если есть другой, ранее неизвестный сигнальный путь?

Ученые из Исследовательского кампуса Джанелия HHMI обнаружили именно это — новый вид синапсов в крошечных волосках (ресничках) на поверхности нейронов. Интересная инженерия (IE) взял интервью у доктора Шу-Сянь Шеу, старшего научного сотрудника, стоявшего за открытием, чтобы выяснить, как это произошло и как это может улучшить понимание межклеточной коммуникации.

Открытие нового синапса захватывает, но это еще не все, говорит доктор Шеу.

Ученые наконец-то разгадали тайну «волосоподобных» структур, обнаруженных почти во всех клетках человека

Также новым в новых синапсах является их способность влиять на клеточное ядро.

«Похоже, что многие люди в восторге от нового синапса», — сказал доктор Шеу. Старший научный сотрудник признал, что это действительно интересно, учитывая, что со времен золотого века электронной микроскопии в прошлом веке было идентифицировано мало новых структур.

«Однако мы думаем, что связь с ядром и тот факт, что цилиарная передача сигналов может напрямую влиять на хроматин нейронов и, таким образом, управлять изменениями экспрессии генов, не менее интересны».

Другими словами, исследовательская группа определила новый тип синапса и поняла, что этот тип позволяет нейротрансмиттерам (таким как серотонин) напрямую изменять хроматин. Хроматин представляет собой смесь ДНК и белков, образующих хромосомы.

Реснички, которые имеют рецепторы, обнаруживающие сигналы, имеют решающее значение для деления клеток во время развития.

Ученые наконец-то разгадали тайну «волосоподобных» структур, обнаруженных почти во всех клетках человека

3D-иллюстрация, показывающая волосоподобные (реснитчатые) структуры на клетке

Почти каждая клетка человеческого тела содержит эти волосовидные структуры размером с бактерию, возможно, оставшиеся от наших одноклеточных предков. Неподвижные реснички, которые имеют рецепторы, обнаруживающие сигналы, имеют решающее значение для клеточного деления во время развития. Позже некоторые реснички, такие как реснички в наших легких, обонятельные рецепторы и хвост сперматозоида, играют жизненно важную роль.

Однако причина, по которой нейроны и многие другие клетки нашего тела продолжали иметь структуру, похожую на волос, оставалась малопонятной.

Ученые обычно игнорировали эти реснички, потому что их было трудно наблюдать с помощью стандартных методов визуализации. В последнее время интерес к этим крошечным структурам возрос благодаря развитию технологий визуализации, и это исследование служит ярким примером.

Наблюдение за ресничками: использование возможностей ионно-лучевой сканирующей электронной микроскопии (FIB-SEM)

Исследование было сосредоточено на визуализации волосовидных выступов или ресничек нейронов в гиппокампе (области мозга, которая важна для обучения и памяти) с помощью сканирующей электронной микроскопии с фокусированным ионным пучком (FIB-SEM).

FIB-SEM создает «объемные» или «3D» наборы данных электронной микроскопии. Таким образом, в отличие от традиционных методов просвечивающей электронной микроскопии, которые основаны на создании срезов и построении одиночных изображений, FIB-SEM позволяет выполнять трехмерную реконструкцию клеток и тканей в нанометровом масштабе. Проще говоря, ученые могли видеть всю структуру целиком, а не использовать изображения, которые рассматривали только отдельные срезы.

Прорывное открытие ранее неизвестного «аксо-цилиарного» синапса

Благодаря мощному микроскопу команда наблюдала синапс между аксоном нейрона и ресничкой, выступающей из тела клетки. Они называют эти соединения синапсами «аксон-ресничка» или «аксо-цилиарные» из-за их структурного сходства с таковыми известных синапсов.

«Кроме того, мы использовали FIB-SEM непосредственно в тканях гиппокампа, что, в отличие от культивируемых клеток в чашке, обеспечивает реконструкцию ресничек в их естественной среде», — рассказал Шеу. Таким образом, команда смогла обнаружить связи между ресничками и их «естественными» соседями.

Флуоресцентная визуализация жизни обнаружила удивительную связь между серотонином и ядром клетки

Шеу объяснил, что вторая часть проекта изучала функциональные свойства этих новых синапсов и в значительной степени полагалась на флуоресцентную визуализацию времени жизни. «Это новая технология, которую можно использовать для измерения меняющихся концентраций молекул в небольших отсеках гораздо более надежно, чем другие методы».

Вместе FIB-SEM и флуоресцентная визуализация жизни позволили команде показать в мельчайших деталях, как нейротрансмиттер серотонин транспортируется от аксона к рецепторам на ресничках. Они обнаружили, что это запускает сигнальный каскад, который открывает структуру хроматина и позволяет изменять генетический материал в ядре клетки.

Сосредоточение внимания на рецепторе серотонина (5-HTR6), который имеет решающее значение для памяти, страха и внимания.

Ученые наконец-то разгадали тайну «волосоподобных» структур, обнаруженных почти во всех клетках человека

Исследование было сосредоточено на рецепторе серотонина (показана молекула).

Из предыдущего IE Из истории исследования мы знаем, что исследователи считают, что эти «аксо-цилиарные» синапсы, вероятно, ответственны за долгосрочные изменения в нейронах. То есть по сравнению с сигналами, передаваемыми от аксонов к дендритам. Такие изменения могут сохраняться от нескольких часов до нескольких лет, в зависимости от белков, кодируемых хроматином.

Это исследование было сосредоточено на рецепторах серотонина — нейротрансмиттере, широко распространенном в мозге и имеющем решающее значение для памяти, страха, внимательности и настроения (с особой связью с депрессией). Из всех нейротрансмиттеров, обнаруженных в организме человека, мы спросили, почему именно этот?

«Среди всех рецепторов, обнаруженных людьми на ресничках нейронов, данные, подтверждающие 5-HTR6 (рецептор серотонина), являются наиболее надежными», — объяснил доктор Шеу. «Кроме того, известно, что серотонин модулирует функцию гиппокампа».

«Тот факт, что 5-HTR6 в первую очередь вызывает изменения в ядре, был для нас неожиданным»

Шеу сообщил, что способность рецептора 5-HTR6 преобразовывать сигналы и регулировать множественные клеточные процессы — это путь, который его действительно удивил. «Я вообще не знал об этом неканоническом пути до того, как начал более глубоко изучать передачу сигналов 5-HTR6. На какое-то время я застрял», — сказал Шеу.

Ученый признал, что не знает, что делать после характеристики сигнального пути 5-HTR6. «Тот факт, что это в первую очередь вызывает изменения в ядре, был для нас неожиданным», — добавил Шеу, прежде чем сказать, что в конце концов все это имело смысл, хотя это было «полностью» неожиданно.

Будущие исследования могут выявить «молекулярные основы» психических расстройств

Ученые наконец-то разгадали тайну «волосоподобных» структур, обнаруженных почти во всех клетках человека

Будущие исследования могут раскрыть молекулярную основу психических расстройств

Рецептор 5-HTR6, ограниченный ресничками, как полагают, связан с биполярными расстройствами. Поэтому старший научный сотрудник утверждает, что дальнейшие исследования аксо-цилиарных синапсов могут дать новое представление о нейропсихиатрических расстройствах или других психических заболеваниях.

Новые синапсы также могут вдохновить на будущие исследования того, как серотонин модулирует работу мозга на молекулярном уровне. «Возможно, в недалеком будущем молекулярные основы или «невропатология психических расстройств» могут быть выяснены», — сказал доктор Шеу.

Учитывая, что некоторые считают, что паттерн синаптической активности является наиболее тесной корреляцией или представлением нашего сознания, настроения и, следовательно, психических расстройств, таких как депрессия, вы можете начать понимать, почему важно понимать эту взаимосвязь.

Шаг к созданию ранее невообразимых методов лечения таких состояний, как депрессия

Хотя исследование, несомненно, является шагом вперед в понимании роли ресничек, Шеу объяснил, что яркость сенсора серотонина может быть улучшена, чтобы легче было измерять изменения в этих структурах на срезах или даже на изображениях мозга in vivo.

«Мы также не знаем всех этапов между активацией цилиарного Rho-A и изменениями ядерного актина», — сказал Шеу. [Rho-A is a protein associated with cytoskeleton regulation, and nuclear actin is found throughout the cell nucleus, where it participates in essential steps of gene expression.]

Команда показывает, что теперь необходимо изучить дополнительные рецепторы нейротрансмиттеров на основе ресничек. Поскольку в последнем исследовании рассматривались реснички на клетках головного мозга (мышей), следующие шаги будут включать в себя изучение ресничек на других типах клеток, например, в печени и почках, которые также заслуживают дальнейшего изучения.

В будущем, возможно, удастся создать более точные лекарства благодаря большему знанию функции этих цилиарных синапсов и рецепторов.

Например, препараты, воздействующие на переносчики серотонина, в настоящее время используются для лечения некоторых видов депрессии. Принимая во внимание «аксо-цилиарные синапсы», ученые теперь могут изучить новые пути этих транспортеров и разработать ранее невообразимые методы лечения.

[ad_2]

Source link

(Посещений всего:7 times, 1)

Вячеслав

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Next Post

Снимки с дрона показывают ранний месопотамский город, состоящий из болотистых островов

Вт Окт 25 , 2022
[ad_1] Снимки с дрона показывают ранний месопотамский город, состоящий из болотистых островов Новые исследования с помощью дистанционного зондирования крупного городища Телль-аль-Хиба на юге Ирака, показанные здесь с воздуха, подтверждают появившееся мнение о том, что древний город в основном состоял из четырех болотистых островов. Проницательный взгляд в небе помог увлажнить древний […]
Снимки с дрона показывают ранний месопотамский город, состоящий из болотистых островов

Вам может понравиться

Серафинит - АкселераторОптимизировано Серафинит - Акселератор
Включает высокую скорость сайта, чтобы быть привлекательным для людей и поисковых систем.