Но помимо этого основного плана, детали того, как происходит этот важный аспект функции мозга, остались неуловимыми. Новое исследование, проведенное учеными из Медицинской школы Университета Мэриленда (UM SOM), впервые пролило свет на детали архитектуры этого процесса. Статья опубликована сегодня в журнале Nature.
Синапсы – очень сложные молекулярные машины. К тому же они крошечные: всего несколько миллионных долей дюйма в поперечнике. Они должны быть невероятно маленькими, так как нам их нужно много; в мозгу их около 100 триллионов, и каждый индивидуально и точно настроен для передачи более сильных или более слабых сигналов между клетками.
Чтобы визуализировать особенности в этом субмикроскопическом масштабе, исследователи обратились к инновационной технологии, известной как визуализация одной молекулы, которая может определять местонахождение и отслеживать движение отдельных белковых молекул в пределах одного синапса, даже в живых клетках. Используя этот подход, ученые выявили неожиданную и точную закономерность в процессе нейротрансмиссии.
Исследователи изучили культивируемые синапсы крыс, которые по общей структуре очень похожи на синапсы человека.
"Мы видим то, чего раньше не видели.
Это совершенно новая область исследований ", – сказал Томас Бланпид, доктор философии, доцент кафедры физиологии и руководитель группы, которая выполнила эту работу. «В течение многих лет у нас был список многих типов молекул, которые встречаются в синапсах, но это не помогло нам понять, как эти молекулы сочетаются друг с другом или как этот процесс действительно работает структурно. Теперь, используя визуализацию одной молекулы для картирования многих ключевых белков, мы, наконец, смогли выявить основную архитектурную структуру синапса."
В своей статье Бланпид описывает неожиданный аспект этой архитектуры, который может объяснить, почему синапсы настолько эффективны, но также подвержены нарушениям во время болезни: в каждом синапсе ключевые белки очень точно организованы через промежуток между клетками. «Нейроны лучше, чем мы когда-либо могли себе представить, размещая выбросы молекул нейротрансмиттеров рядом с их рецепторами», – говорит Бланпид. "Белки в двух разных нейронах выровнены с невероятной точностью, почти образуя столбец, тянущийся между двумя клетками."Эта близость оптимизирует мощность трансмиссии, а также предлагает новые способы модификации этой трансмиссии.
Лаборатория Blanpied создала видеопрезентацию процесса: https: // youtu.be / PNhUqhwHDaQ
Понимание этой архитектуры поможет прояснить, как работает коммуникация в мозгу или, в случае психиатрического или неврологического заболевания, как она не работает. Blanpied также фокусируется на активности «молекул адгезии», которые простираются от одной клетки к другой и могут быть важными частями «наноколонки»."Он подозревает, что если молекулы адгезии не будут правильно размещены в синапсе, архитектура синапса будет нарушена, и нейротрансмиттеры не смогут выполнять свою работу.
Blanpied предполагает, что, по крайней мере, при некоторых заболеваниях проблема может заключаться в том, что, хотя в мозгу имеется нужное количество нейромедиатора, синапсы не передают эти молекулы эффективно.
Бланпид говорит, что это улучшенное понимание синаптической архитектуры может привести к лучшему пониманию заболеваний мозга, таких как депрессия, шизофрения и болезнь Альцгеймера, и, возможно, предложить новые идеи для лечения.
Затем Бланпид и его коллеги исследуют, изменяется ли синаптическая архитектура при определенных расстройствах: они начнут с изучения синапсов в мышиной модели патологии при шизофрении.