Synapsy: Stabilita komunikácie v mozgu riadená fyzickými signálmi, nie elektrinou
Prelomový objav odhaľuje, že synapsy – kľúčové spojenia medzi neurónmi – využívajú štrukturálne zmeny na udržanie stabilnej komunikácie, aj keď elektrická signalizácia zlyháva.
Precízna komunikácia medzi neurónmi je základom každého pohybu a spomienky. Nový výskum USC Dornsife odhalil, že neuróny stabilizujú svoje signály pomocou rýchleho, fyzického mechanizmu, čím spochybňuje dlhodobý predpoklad o dominantnej úlohe elektrickej aktivity.
Vedci z USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences zistili, že neuróny sú schopné kompenzovať narušenie komunikácie prostredníctvom fyzických mechanizmov. Táto nová štúdia, publikovaná v Proceedings of the National Academy of Sciences, ukazuje, že systém udržiava signalizáciu aj pri výpadku časti synapsy – spojenia medzi neurónmi – a to bez spoliehania sa na tok nabitých častíc.
Udržanie rovnováhy medzi neurónmi je kritické pre kontrolu svalov, učenie a celkové zdravie mozgu. Jej narušenie je spojené s neurologickými poruchami, ako je epilepsia a autizmus. Tím vedený profesorom Dionom Dickmanom sa zameral na mechanizmy, ktorými neuróny kompenzujú poruchy v komunikácii.
Experimenty s muškami octovými, bežným modelom pre štúdium nervového systému, odhalili, že kľúčovým spúšťačom rýchlej adaptácie nie je strata elektrickej aktivity, ale fyzické preusporiadanie receptorov. Blokovaním glutamátových receptorov na prijímacej strane synapsy a následným sledovaním reakcie pomocou elektrických záznamov a mikroskopie s vysokým rozlíšením vedci zistili, že zablokované receptory sa v synapse preusporiadajú. Tento proces spustí signalizáciu, ktorá inštruuje vysielajúci neurón, aby uvoľnil viac neurotransmiterov, čím sa udržuje stabilná komunikácia.
Komentár redakcie: Objav, že neuróny využívajú fyzické signály na stabilizáciu komunikácie, je významným posunom v chápaní fungovania mozgu. Zdôrazňuje zložitosť signalizačných mechanizmov a otvára dvere pre nové terapeutické prístupy k neurologickým poruchám.
Kľúčovou zložkou tohto procesu sa ukázal byť štrukturálny proteín DLG. Jeho odstránenie pomocou CRISPR znemožnilo kompenzáciu.
Zistenie, že tento rýchly signalizačný proces pokračuje aj pri úplnom potlačení elektrickej aktivity v synapse, naznačuje, že systém sa spolieha skôr na štrukturálne podnety ako na elektrické signály. Hlbšie pochopenie týchto adaptačných mechanizmov by mohlo otvoriť nové možnosti pre vývoj liečby, ktorá posilňuje odolnosť nervových buniek a chráni pred neurologickými ochoreniami.
Štúdiu okrem Dickmana realizovali Chengjie Qiu, Sarah Perry, Christine Chen, Jiawen Chen, Jin Zhuang, Yifu Han a Pragya Goel, všetci z USC Dornsife. Výskum bol podporený grantmi z National Institutes of Health.
