Учёные обнаружили новый тип синапса в крошечных волосках нейронов
Учёные из исследовательского кампуса Janelia (HHMI) обнаружили новый тип синапса в первичных ресничках — крошечных волосках на поверхности нейронов.
Эти часто упускаемые из виду выросты содержат особые соединения, которые действуют как «ярлык» для быстрой и прямой передачи сигналов в ядро клетки, вызывая изменения в её хроматине.
«Этот особый синапс представляет собой способ изменить то, что транскрибируется или производится в ядре, и это меняет целые программы», — говорит старший руководитель группы Janelia Дэвид Клэпхэм. Эффекты в клетке могут быть не только краткосрочными, но и долгосрочными.
Синапсы хорошо известны между аксоном одного нейрона и дендритами других, но никогда ранее не наблюдались между аксоном и первичной ресничкой нейрона. Высокое разрешение микроскопов Janelia позволило исследователям заглянуть глубоко в клетку и реснички, чтобы наблюдать синапс, каскад сигналов внутри клетки и изменения в ядре.
Визуализация ресничек
Почти каждая клетка нашего тела имеет одну первичную ресничку. Однако было неясно, почему нейроны сохраняют этот волосоподобный вырост размером с бактерию. Увидеть его было сложно с помощью традиционных методов визуализации.
Шу-Сянь Шеу, первый автор исследования, использовал FIB-SEM (фокусированный ионно-лучевой сканирующий электронный микроскоп), чтобы рассмотреть реснички. Мощный микроскоп позволил команде увидеть связь (синапс) между аксоном нейрона и ресничкой. Структурные особенности этих соединений напоминают известные синапсы, что позволило назвать их аксо-ресничными синапсами.
Затем команда разработала новые биосенсоры и химические инструменты, а также использовала метод FLIM (флуоресцентная lifetime-микроскопия), чтобы изучить функцию этой структуры. С помощью этих инструментов удалось показать пошагово, как нейромедиатор серотонин высвобождается из аксона на рецепторы реснички. Это запускает сигнальный каскад, который открывает структуру хроматина и позволяет изменять геномный материал в ядре клетки.
Долгосрочные изменения
Поскольку сигналы, передаваемые через ресничный синапс, позволяют изменять геномный материал в ядре, они, вероятно, ответственны за более долгосрочные изменения в нейронах, чем сигналы, передаваемые от аксонов к дендритам. Эти изменения могут длиться от часов до лет.
Новое исследование конкретно рассматривало рецепторы серотонина. На ресничках есть как минимум 7–10 других рецепторов для разных нейромедиаторов, которые теперь необходимо изучить. Реснички на других клетках (печени, почках) также заслуживают пристального внимания.
В перспективе лучшее понимание роли этих синапсов и рецепторов может помочь в разработке более селективных лекарств. Препараты, нацеленные на переносчики серотонина, используются для лечения депрессии, а серотонин также связан с циклом сна-бодрствования.