A KOKI kutatói felfedezték az agy serkentő szinapszisainak erősségét befolyásoló tényezőket

Hírek

Az ELKH Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet (KOKI) Nusser Zoltán által vezetett Celluláris Idegélettan Laboratóriumának kutatói legújabb tanulmányukban magyarázatot adnak arra, hogyan tud ugyanazon idegsejt axonja eltérő erősségű szinapszisokat létrehozni. A kulcsfontosságú szinaptikus paraméterek legmodernebb fiziológiai és anatómiai módszerek ötvözésével elvégzett összehasonlítása során a kutatók feltárták, hogy a szinaptikus vezikulák eltérő érési állapotban vannak a gyenge és az erős szinapszisokban. Az eredményeket bemutató tanulmány a Neuron című rangos nemzetközi folyóiratban jelent meg.

Egy serkentő piramissejt (szürke) eltérő hatékonyságú szinapszisokat létesít két különböző típusú gátlósejten (narancssárga, kék)

A kutatócsoport korábbi megfigyelései szerint a hippokampusz piramissejtjei két különböző típusú gátlósejttel kommunikálnak, különböző erősséggel. Az egyikkel gyenge, a másikkal erős szinapszisokat alakítanak ki, de a mögöttes mechanizmusokat eddig nem sikerült azonosítani. Mostani tanulmányukban a csoport tagjai, Mohammad Aldahabi, Bálint Flóra, Holderith Noémi és Lőrincz Andrea közös erőfeszítésének köszönhetően sikerült jellemezni a szinaptikus különbségekért felelős kulcsparamétereket. Vizsgálataik során elektrofiziológiát, farmakológiát és kalciumion-alapú (Ca2+) képalkotást kombináltak nagy felbontású elektrontomográfiával és replika immunjelölési módszerekkel. Kimutatták, hogy a hippokampális piramissejtek axonjaiból történő ingerületátvivő anyag felszabadulási valószínűség célsejttípusfüggő különbsége nem a dokkolt szinaptikus hólyagok és Ca2+-csatornák eltérő távolságának vagy nanotopológiájának a következménye.

Aldahabi_sajto_abra_2
  1. Elektrontomográfiás módszerrel készített kép egy piramissejt axonjának végződéséről, melyet szinaptikus hólyagok töltenek ki (kör alakú profilok). A módszer képes minden egyes hólyag pontos helyének meghatározására, így azonosíthatók azok a hólyagok (nyilak), amelyek a szinapszis plazmamembránjához hozzáérnek (dokkoltak). Ezek azok a hólyagok, amelyek akciós potenciál hatására azonnal képesek fuzionálni a membránnal. Kék színnel a gátlósejt egy részlete van kiemelve, a nyílhegyek az axon és a gátlósejt közti szinapszis határait jelölik.
  2. Replika immunjelölés segítségével meghatározható a szinaptikus működésben szerepet játszó molekulák pontos térbeli eloszlása (sötétkék és lila aranyszemcsék) a preszinaptikus membránban (kék).

Ehelyett az adatok robusztus különbséget mutattak ki a dokkolt szinaptikus hólyagok membránfúzióját előkészítő molekuláris érési folyamatban („priming”). A priming folyamatának farmakológiai manipulálásával ugyanis képesek voltak a gyenge szinapszisokat megerősíteni.

Aldahabi_sajto_abra_3

Egymással szinaptikus kapcsolatot létesítő piramissejt és gátlósejt. A piramissejt aktiválása gyenge szinaptikus választ (fekete) vált ki a gátlósejtben. Ez a válasz megnövelhető (kék) a szinaptikus hólyagok érési folyamatába történő farmakológiai beavatkozással.

Az eredmények alapján a kutatók egy újabb, a szinaptikus sokszínűséget megalapozó folyamatot is feltártak, amely befolyásolhatja a neuronális hálózatok dinamikáját. A kulcsfolyamatok megértése emellett elősegítheti a fiziológiai variabilitás és a rendellenes szinaptikus működések elkülönítését.

A kutatás Nusser Zoltán ERC Advanced Grant kutatási programja (ERC-AG-787157) és a Nemzeti Agykutatási Program (NAP2.0) támogatásával valósult meg:

Publikáció:

Mohammad Aldahabi, Flora Balint, Noemi Holderith, Andrea Lorincz, Maria Reva and Zoltan Nusser (2022). Different priming states of synaptic vesicles underlie distinct release probabilities at hippocampal excitatory synapses. Neuron. doi: 10.1016/j.neuron.2022.09.035