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.
- 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.
- 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.
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