Связи между нейронами в 3D

Исследователи из Института биохимии Макса Планка (Германия) под руководством испанского физика Рубена Фернандеса-Буснадьего получили 3D-изображения везикул и филаментов, участвующих в коммуникации между нейронами. Метод основан на новой технике электронной микроскопии, которая охлаждает клетки так быстро, что их биологические структуры замораживаются в полностью активном состоянии.

«Мы использовали электронную криотомографию, новую технику микроскопии, основанную на сверхбыстром замораживании клеток, чтобы изучить и получить трехмерные изображения синапса — клеточной структуры, в которой происходит коммуникация между нейронами в мозге млекопитающих», — объясняет Рубен Фернандес-Буснадьего, ведущий автор исследования, опубликованного на обложке Journal of Cell Biology.

Во время синаптической передачи пресинаптическая клетка (передатчик) высвобождает нейротрансмиттеры к постсинаптической клетке (получатель), генерируя в ней электрический импульс. Исследователи сосредоточились на крошечных везикулах (диаметром около 40 нанометров), которые транспортируют и высвобождают нейротрансмиттеры из пресинаптических окончаний.

«Благодаря использованию определенных фармакологических обработок и разработанного нами передового метода 3D-визуализации, можно наблюдать огромный спектр филаментозных структур внутри пресинаптического окончания, которые непосредственно взаимодействуют с синаптическими везикулами, а также узнать об их решающей роли в ответе на электрическую активность мозга», — говорит Фернандес-Буснадьего.

Филаменты соединяют везикулы друг с другом и с активной зоной — частью клеточной мембраны, из которой высвобождаются нейротрансмиттеры. По словам ученого, эти структуры действуют как барьеры, блокирующие свободное движение везикул, удерживая их на месте до прихода электрического импульса, а также определяя легкость их слияния с мембраной.

Изображения при сверхнизких температурах

Техника электронной криотомографии позволяет получать трехмерные изображения внутренней части клеток, минимизируя изменения в их структуре. Клетки не фиксируются химическими реагентами, а витрифицируются — замораживаются так быстро, что вода внутри них не успевает кристаллизоваться и остается в твердом состоянии.

Образцы постоянно поддерживаются при температуре жидкого азота (ниже -140 ºC) и изучаются с помощью специально оборудованных микроскопов. Метод не требует дополнительного окрашивания, что позволяет наблюдать плотность биологических структур напрямую.