Cercetătorii au reușit să vadă cum comunică neuronii

Pentru prima dată, oamenii de știință de la The Hospital for Sick Children (SickKids; din Canada) au utilizat tehnologia avansată de imagistică de la SickKids Nanoscale Biomedical Imaging Facility pentru a dezvălui structura atomică a unei enzime care ne arată cum comunică neuronii.

Toată activitatea cerebrală, de la memorie și emoție  și până la învățare și control motor, este posibilă datorită comunicării prin sinapse, conexiunile dintre neuroni. Atunci când această comunicare nu este reușită, pot apărea diverse afecțiuni precum epilepsia. Un neuron este un tip de celulă specializată în comunicarea cu alte celule prin trimiterea de semnale chimice, numite neurotransmițători, în sinapse. În creier, există 100 de trilioane de sinapse între neuroni.

• Pentru prima dată în istorie, astronomii au fotografiat îndeaproape o stea din afara galaxiei Calea Lactee
• De ce ne curge nasul de la mâncarea picantă?

Modul cum comunică neuronii a fost studiat de zeci de ani, dar cercetarea publicată recent prezintă modele derivate din sute de mii de imagini de înaltă rezoluție care dezvăluie funcția sinaptică cu o claritate nouă.

Studiul a fost publicat în revista Science.

Iată cum comunică neuronii!

Condusă de dr. John Rubinstein, cercetător senior în programul de Medicină Moleculară, și de dr. Claire Coupland, autoare și postdoctorandă în laboratorul Rubinstein, echipa de cercetare speră că prin capturarea de imagini și prin modelarea modului în care chimicalele sunt eliberate din neuroni, va putea identifica noi ținte terapeutice care să ajute la îmbunătățirea îngrijirii copiilor cu epilepsie și cu alte afecțiuni neurologice.

La publicarea acestor descoperiri, Rubinstein explică modul în care echipa sa a capturat imaginile și ce ar putea însemna descoperirile lor pentru pacienți în viitor.

În timpul comunicării, neuronii eliberează neurotransmițători într-o sinapsă pentru a fi livrați unui neuron receptor. Acești neurotransmițători sunt eliberați din mici pachete numite vezicule sinaptice. Odată ce un mesaj este recepționat, neurotransmițătorii trebuie să fie reabsorbiți și reîmpachetați în noi vezicule sinaptice pentru a curăța sinapsa și a face loc pentru următorul semnal.

Pentru a facilita acest proces, o enzimă numită ATP-ază de tip vezicular (V-ATP-ază) acționează ca o pompă pentru a introduce neurotransmițătorii în veziculele sinaptice. V-ATP-aza reglează, de asemenea, eliberarea neurotransmițătorilor din vezicule.

În această cercetare, oamenii de știință au aflat că modul în care V-ATP-aza controlează procesul de eliberare a neurotransmițătorilor din veziculele sinaptice este prin dezmembrarea spontană după încărcarea veziculelor. Ei au descoperit că, atunci când au umplut veziculele sinaptice cu neurotransmițători, V-ATP-azele s-au descompus în două părți, ceea ce a permis eliberarea neurotransmițătorilor.

Noi metode de imagistică

Folosind metode biochimice noi și metode de imagistică inovatoare susținute de SickKids Nanoscale Biomedical Imaging Facility, cercetătorii au reușit să izoleze vezicule sinaptice și să obțină imagini ale acestora. De acolo, au dezvoltat noi abordări computaționale pentru a analiza imaginile și a arăta V-ATP-aza în vezicule la o rezoluție înaltă, ceva ce nu a mai fost realizat până acum, scrie Eurek Alert.

Oamenii de știință au creat modele 3D ale V-ATP-azei pe baza imaginilor capturate folosind microscopie electronică criogenică (cryo-EM), o metodă care fotografiază probele la -196 °C. Echipa a observat că V-ATP-aza interacționează cu mai multe componente ale veziculei sinaptice, care conține multe proteine și lipide implicate în eliberarea neurotransmițătorilor.

Cel mai surprinzător lucru aflat de cercetători este că V-ATP-aza interacționează cu o proteină numită sinaptofizină. După greutate, sinaptofizina este cea mai abundentă proteină a veziculei sinaptice. Până acum, funcția sa în neuroni nu era înțeleasă. Ceea ce a descoperit echipa arată că sinaptofizina ar putea ajuta la recrutarea V-ATP-azei în veziculele sinaptice atunci când aceasta se formează inițial.

Acum că s-a descoperit că V-ATP-aza interacționează cu sinaptofizina în veziculele sinaptice, oamenii de știință lucrează cu dr. Lu-Yang Wang, cercetător senior în programul de Neuroștiințe și Sănătate Mintală, pentru a înțelege rolul acestei interacțiuni în creier. De asemenea, echipa vrea să înțeleagă modul în care încărcarea veziculelor duce la dezmembrarea V-ATP-azei și modul în care acest proces controlează eliberarea neurotransmițătorilor din neuroni.

În viitor, acest proces ar putea fi o țintă terapeutică pentru multe afecțiuni de sănătate, inclusiv unele tipuri de epilepsie.

Vă recomandăm să citiți și:

Oamenii de știință au introdus „o fereastră” în craniul unui bărbat pentru a-i citi creierul cu ultrasunete

În curând, Inteligența Artificială ar putea detecta cancerul

Ceasul intern al corpului poate stimula tratamentele împotriva cancerului, spun oamenii de știință

Ce poți face ca oamenii să te placă mai mult? Folosește-ți mușchii feței!