Η στιγμή κατά την οποία ένα νευρικό κύτταρο απελευθερώνει τους νευροδιαβιβαστές του στο συναπτικό χάσμα είναι εξαιρετικά σύντομη. Ερευνητές της Charité – Universitätsmedizin Berlin και του Max Delbrück Center κατάφεραν να την "παγώσουν" μικροσκοπικά. Τα στιγμιότυπα των κυστιδίων που συγχωνεύονται, παρουσιάζονται τώρα στο επιστημονικό περιοδικό "Nature Communications".

Η διαδικασία διαρκεί μόλις λίγα χιλιοστά του δευτερολέπτου: ένα κυστίδιο, γεμάτο με νευροδιαβιβαστές και μεγέθους μόλις λίγων νανομέτρων, πλησιάζει την κυτταρική μεμβράνη, συγχωνεύεται μαζί της και απελευθερώνει τις χημικές του ουσίες στο συναπτικό χάσμα – ώστε αυτές να προσδεθούν στο επόμενο νευρικό κύτταρο.

Μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Christian Rosenmund, τελευταίο συγγραφέα της δημοσίευσης και αναπληρωτή διευθυντή του Ινστιτούτου Νευροφυσιολογίας της Charité, κατέγραψε αυτό το κρίσιμο για τη λειτουργία του εγκεφάλου στιγμιότυπο σε μικροσκοπικές εικόνες.

Σημειακές συνδέσεις

"Μέχρι σήμερα κανείς δεν γνώριζε λεπτομερώς πώς ακριβώς εξελίσσεται η σύντηξη των συναπτικών κυστιδίων με την κυτταρική μεμβράνη", λέει η πρώτη συγγραφέας της μελέτης, δρ. Jana Kroll, η οποία πλέον εργάζεται στην ερευνητική ομάδα "Δομική βιολογία μεμβρανικά συσχετιζόμενων διεργασιών" του καθηγητή Oliver Daumke στο Max Delbrück Center.

"Στα πειράματά μας με νευρώνες ποντικού μπορέσαμε να δείξουμε ότι αρχικά σχηματίζεται μια σημειακή σύνδεση. Αυτός ο μικροσκοπικός "μίσχος" διευρύνεται στη συνέχεια σε έναν πόρο, μέσω του οποίου οι νευροδιαβιβαστές εισέρχονται στο συναπτικό χάσμα", εξηγεί η Jana Kroll.

"Χάρη σε μια τεχνολογία που αναπτύχθηκε επί περισσότερα από πέντε χρόνια, καταφέραμε για πρώτη φορά να παρατηρήσουμε τις συνάψεις εν δράσει χωρίς να τις διαταράξουμε", προσθέτει ο Christian Rosenmund. "Η Jana Kroll πραγματοποίησε πραγματικά πρωτοποριακή δουλειά", σημειώνει ο επιστήμονας, ο οποίος είναι επίσης μέλος του διοικητικού συμβουλίου του κέντρου αριστείας NeuroCure.

Ταχεία κατάψυξη σε αιθάνιο

Για να παρατηρήσουν τις συνάψεις σε πραγματικό χρόνο, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν νευρικά κύτταρα ποντικών, τα οποία είχαν προηγουμένως τροποποιηθεί με τη βοήθεια της οπτογενετικής έτσι ώστε να ενεργοποιούνται με ένα φωτεινό σήμα – και να αρχίζουν αμέσως να απελευθερώνουν νευροδιαβιβαστές. Μέσα σε ένα έως δύο χιλιοστά του δευτερολέπτου, η ομάδα "κατέψυξε" τα νευρικά κύτταρα με αιθάνιο στους -180 βαθμούς Κελσίου.

"Με αυτή τη μέθοδο, που ονομάζεται "plunge freezing", όλες οι κυτταρικές διεργασίες σταματούν ακαριαία και μπορούν να απεικονιστούν με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο", εξηγεί η Jana Kroll.

Κατά τη διάρκεια των παρατηρήσεων, οι επιστήμονες εντόπισαν ένα ακόμη ενδιαφέρον στοιχείο: "Διαπιστώσαμε ότι τα περισσότερα από τα κυστίδια που συγχωνεύονται συνδέονται μέσω μικρών ινιδίων με τουλάχιστον ένα ακόμη κυστίδιο – μόλις ένα κυστίδιο συγχωνευθεί με την κυτταρική μεμβράνη, το επόμενο είναι ήδη έτοιμο", αναφέρει η Jana Kroll.

"Θεωρούμε ότι αυτή η άμεση μορφή στρατολόγησης κυστιδίων επιτρέπει στους νευρώνες να εκπέμπουν σήματα για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα και έτσι να διατηρούν την επικοινωνία τους".

Καλύτερη αντιμετώπιση της επιληψίας

Η σύντηξη των κυστιδίων που οπτικοποίησε η ομάδα συμβαίνει στον εγκέφαλό μας εκατομμύρια φορές κάθε λεπτό. Η λεπτομερής κατανόηση αυτής της διαδικασίας είναι σημαντική και για ιατρικούς λόγους: "Σε πολλούς ανθρώπους με επιληψία ή άλλες παθήσεις των συνάψεων είναι γνωστές μεταλλάξεις σε πρωτεΐνες που εμπλέκονται στη σύντηξη των κυστιδίων", εξηγεί ο Christian Rosenmund. "Αν αποκαλύψουμε τον ακριβή ρόλο αυτών των πρωτεϊνών, θα μπορέσουμε να αναπτύξουμε πιο στοχευμένες θεραπείες για τέτοιες συναπτοπάθειες".

"Η προσέγγιση της χρονικά ανάλυσης κρυο-ηλεκτρονικής μικροσκοπίας με τη χρήση φωτός που παρουσιάζουμε εδώ δεν περιορίζεται στους νευρώνες, αλλά μπορεί να εφαρμοστεί σε πολλούς τομείς της δομικής και κυτταρικής βιολογίας", συμπληρώνει η Jana Kroll.

Η ίδια σκοπεύει τώρα να επαναλάβει τα πειράματά της στο Max Delbrück Center με ανθρώπινους νευρώνες, τους οποίους θα παράγει από βλαστοκύτταρα. Ωστόσο, όπως προειδοποιεί, αυτό δεν θα είναι εύκολο: "Τα κύτταρα χρειάζονται περίπου πέντε εβδομάδες στο εργαστήριο για να αναπτύξουν τις πρώτες συνάψεις και είναι εξαιρετικά ευαίσθητ

Πηγές:
Γερμανικό νοσοκομείο Charite

Ειδήσεις υγείας σήμερα
Γονιδιακός "διακόπτης" προστατεύει την αορτή από ανευρύσματα
Νέα Barbie με αυτισμό
Αυξημένος κίνδυνος επιπλοκών από γρίπη σε άτομα με κολπική μαρμαρυγή [μελέτη]