A tanulmány azonosítja a fehérjét, amely úgy működik, mint egy térfogat-tárcsa a neurotranszmitterek felszabadulásához

Az MIT Picower Tanulási és Memória Intézetének idegtudósai azt találták, hogy egy fehérje úgy működik, mint egy térfogatmérő tárcsa a neurotranszmitterek felszabadulásához, azok a vegyi anyagok, amelyeket az idegsejtek az összeköttetések során felszabadítanak, úgynevezett szinapszisok, hogy stimulálják az izmokat vagy kommunikáljanak az agyi áramkörökben található más idegsejtekkel.

azonosítja

Az eredmények segítenek elmagyarázni a szinapszisok működését, és jobban megismerhetik egyes neurológiai rendellenességek megértését.

A gyümölcslégyek modelljében dolgozva a csapat megállapította, hogy az emberben és más emlősökben is megtalálható Synaptotagmin 7 (SYT7) fehérje korlátozza a szinapszisban való felszabaduláshoz az idegsejteket tartalmazó, fecskék nevű foltok számát és elérhetőségét.

A neuronok vezikulákat telepítenek az "aktív zónáknak" nevezett helyekre, hogy a szinapszisokon keresztül felszabaduljanak, ezt a folyamatot "vezikulák fúziójának" nevezik. Amikor a tudósok csökkentették az SYT7-et, sokkal több neurotranszmitter-felszabadulást láttak a szinapszisokban. Amikor megnövelte a fehérjét, a neurotranszmitter felszabadulása jelentősen csökkent.

Ezt szinte úgy gondolhatja, mint egy rádió hangerőszabályzóját. Ha egy neuron több jelet akar küldeni, akkor csak annyit kell tennie, hogy alapvetően csökkenti az általa termelt SYT7 fehérje szintjét. Ez egy nagyon elegáns módja annak, hogy az idegsejtek növeljék vagy csökkentse az általuk kibocsátott mennyiséget.

Troy Littleton, a Menicon idegtudományi professzora, a biológia, az agy és a kognitív tudományok tanszékei, MIT

A tanulmány társszerzõi Zhuo Guan kutató és Mónica C. Quiñones-Frías, akik sikeresen megvédték doktori disszertációját a május 4-i munkánál. Megállapította, hogy a kötet tárcsájaként eljárva a fehérje megváltoztathatja a természetét egy szinapszis tevékenységének egy áramkörben, a "szinaptikus plaszticitás" nevű tulajdonság.

"A Syt7 dózisfüggő módon szabályozza a neurotranszmissziót, és kapcsolóként működhet a rövid távú szinaptikus plaszticitás érdekében" - mondta Quiñones-Frías.

Julia Akbergenova kutató tudós is társszerzője az eLife-ben megjelent tanulmánynak.

Szinaptikus meglepetés

Bármennyire is fontosak, a tanulmány eredményei nem azok, amelyeket a csapat eredetileg keresett.

Évtizedek óta az idegtudósok tudják, hogy a szinaptotagmin fehérje család kulcsszerepet játszik a szinaptikus funkcióban. Valójában Littleton 1993-as doktori disszertációja azt mutatta, hogy az SYT1 elősegítette a neurotranszmitterek gyors felszabadulását, ha kalciumionok beáramlása váltotta ki.

De még a SYT1 letiltása esetén is a szinapszisok lassabb időn belül képesek felszabadítani a neurotranszmittereket. Senki sem találta, ami elősegítené ezt a későbbi lassabb kiadást, de sok tudós remélte, hogy SYT7 lesz.

Ezt az egész terület, beleértve a laboratóriumomat is, valóban kereste. Tehát igazi meglepetés volt, amikor kiütöttük, és éppen az ellenkezőjét láttuk annak, amit vártunk.

Troy Littleton, a Menicon idegtudományi professzora, a biológia, az agy és a kognitív tudományok tanszékei, MIT

Mutánsok és mikroszkópok

Az SYT7 tanulmányozásához a csapat szinapszisokra összpontosította kísérleteit egy jól jellemzett helyszínen: a légyneuron és az izom találkozásánál. A csapat nem csak azt akarta megtudni, hogy a fehérje szintjének megváltoztatása milyen különbségeket eredményez az ottani szinaptikus aktivitásban, hanem azt is nyomon követte, hogyan hozta létre ezeket a különbségeket.

Megváltoztatták az idegsejt által termelhető SYT7 mennyiségét olyan mutyák és tenyésztés révén, amelyekben a gén teljesen eliminálódott, csak egy példány expresszálódhatott, vagy amelyben a gén túlexpresszálódott, és a normálnál több SYT7-et termelt. Ezen légvonalak mindegyikére megmérték a meglepő inverz kapcsolatot az SYT7 és a szinaptikus átvitel között.

Kapcsolódó történetek

Továbbá, egy olyan technika alkalmazásával, amelyet a labor talált ki arra, hogy vizuálisan megjelölje a neurotranszmitter felszabadulását minden alkalommal, amikor ez megtörténik, feltérképezték, mennyire aktívak voltak az idegsejt-izom találkozás során az egyes szinapszisok. A kevesebb SYT7 előállítására tervezett legyeknél sokkal több szinapszist láttak, amelyeknek nagy volt a felszabadulási hajlandóságuk, mint normál legyeknél.

Miután megerősítették az SYT7 korlátozó szerepét, természetes kérdés az volt, hogy az SYT7 hogyan korlátozza a neurotranszmitter felszabadulását. A szinapszisok végül is nagyon összetettek, és a SYT7 szerepét ebben a gépezetben még mindig nem kellett jellemezni.

Amikor összehasonlították a normál legyek szinapszisait és azokat, akik hiányoztak az SYT7-ből, nem láttak jelentős különbségeket az anatómiában vagy a kalcium beáramlásában, ami megmagyarázhatná az SYT7 működését a felszabadulás korlátozásában.

Ezután arra a ciklusra hívták fel a figyelmet, amelyben a vezikulák felszabadítják neurotranszmitter-rakományukat, majd visszaküldik a sejtbe, hogy újratöltsék neurotranszmitterrel, mielőtt újra csatlakoznának a vezikulák készletéhez, amely készen áll az átcsoportosításra. Kísérleteik azt mutatták, hogy az SYT7 hiányában szenvedő idegsejtek nem újrafeldolgozták a vezikulákat, de ennek ellenére több vezikulája volt a könnyen felszabadítható medencében (RRP).

Ezenkívül azok a mutánsok, amelyekben az SYT7 túlzottan expresszálódott, lényegesen korlátozták a medence hólyagjait.

"A SYT7 dózis-érzékeny módon korlátozza a felszabadulást azáltal, hogy negatívan szabályozza a fúzióhoz rendelkezésre álló szinaptikus vezikulák számát, és az stimuláció után lassítja az RRP helyreállítását".

Az utolsó lépés annak felderítése volt, hogy hol található az SYT7 a szinaptikus gépezetben. Mikroszkóp alatt rögzíteni tudták a csövek hálózatában, de nem az aktív zónákon belül. A nézőpont abban a pontban van, ahol más, a vezikulák kereskedelmét szabályozó fehérjék is laknak, így az SYT7 egyértelmű lehetőséget kínál arra, hogy kölcsönhatásba lépjenek ezekkel a fehérjékkel, hogy szabályozzák a vezikulák visszatérését az aktív zónákba.

A betegségek és a plaszticitás következményei

Az SYT7 szerepének megértése az emlősök szinapszisában több szempontból is fontos lehet - mondta Littleton. Két évvel ezelőtt a kutatók kimutatták, hogy az Alzheimer-kór genetikai okát hordozó egerekben a fehérje csökken.

Februárban pedig egy másik tanulmány kimutatta, hogy a bipoláris rendellenességben szenvedő betegeknél alacsonyabb a fehérje szintje, mint azoknál az embereknél, akiknél nincs rendellenesség. Az SYT7-t kiütő egerek mániás és depressziós viselkedést mutattak.

Littleton és Quiñones-Frías szerint alapvetően az a rugalmasság vagy plaszticitás, amelyet megengedhet magának. Mivel az SYT7 úgy szabályozza a neurotranszmitter felszabadulását, hogy lelassítja a felszabadítható vezikulák utánpótlását, szintjének növekedése átalakíthatja a szinapszist abból a fajta állapotból, amely korai szakaszban nagy mennyiségű jelet küld (és ezért több információt továbbít), majd peterszerűvé válik. idővel felépíti a jelét.

A kiadási időkeret ilyen megkülönböztetése jelentős különbségeket okozhat az áramkör információ feldolgozásában az agyban.

Bár a csapat képes volt azonosítani az SYT7 hatását a szinapszisokban, és megmutatta működésének kulcsfontosságú aspektusait, mégis remélik, hogy meghatározzák azt a pontos mechanizmust, amely lehetővé teszi a fehérje számára a vezikulák fúzióját. Ez a munka folyamatosan zajlik.