Ученые обнаружили быструю адаптацию синапсов в нейронной коммуникации

Каждое движение, которое вы делаете, и каждое воспоминание, которое вы формируете, зависит от точной связи между нейронами. Когда эта связь нарушается, мозг должен быстро сбалансировать свою внутреннюю сигнализацию, чтобы цепи функционировали должным образом. Новое исследование, проведенное в Колледже литературы, искусств и наук USC Dornsife, показывает, что нейроны могут стабилизировать свою сигнализацию, используя быстрый физический механизм, а не электрическую активность, как давно предполагали ученые.

Открытие, поддержанное грантами Национального института здравоохранения и опубликованное недавно в Proceedings of the National Academy of Sciences, раскрывает систему, которая не зависит от потока заряженных частиц для поддержания сигнализации, когда часть синапса - соединения между нейронами - внезапно перестает работать.

Поддержание этого баланса между нейронами имеет важное значение для контроля мышц, обучения и общего здоровья мозга. Неспособность поддерживать этот «гомеостаз» была связана срологические состояния, такие как эпилепсия и аутизм.

Исследователи USC Dornsife во главе с Дионом Дикманом, профессором биологических наук, решили понять, как нейроны компенсируют потерю связи между ними. В частности, они хотели узнать, как принимающая сторона синапса обнаруживает внезапную потерю функции и сигнализирует отправляющему нейрону об увеличении его выхода для восстановления гомеостаза.

Работая с плодовыми мушками, стандартной моделью для изучения нервной системы, команда заблокировала рецепторы глутамата на принимающей стороне синапса химическим веществом, которое, как известно, отключает их, а затем использовала электрические записи и микроскопию с высоким разрешением, чтобы наблюдать, как реагирует синапс. Чтобы идентифицировать молекулы, ответственные за запуск ответа, исследователи использовали инструменты редактирования генов CRISPR для удаления конкретных структурных белков один за другим и наблюдения за тем, что изменилось в клетках.

Этот процесс устранения показал, что ключевой триггер длябыстрая адаптация - это не потеря электрической активности, а физическая реорганизация определенного типа рецептора. Когда эти рецепторы блокировались, они перестраивались внутри синапса, что запускало процесс передачи сигналов, который инструктировал отправляющий нейрон высвобождать больше нейротрансмиттера, помогая поддерживать устойчивую связь.

Каркасный белок под названием dlg оказался необходимым для этого ответа. Когда dlg был удален с помощью CRISPR, быстрая компенсация не удалась.

Исследователи также показали, что этот быстрый процесс передачи сигналов продолжается даже тогда, когда вся электрическая активность синапсов отключена, что указывает на то, что система полагается на структурные сигналы, а не на электрические сигналы.

Понимание того, как синапсы быстро адаптируются, может помочь в будущих исследованиях методов лечения, которые укрепляют нервную устойчивость и предотвращают неврологические заболевания.