Считается, что синаптическая дисфункция лежит в основе ранних стадий нейродегенеративных заболеваний, таких как болезни Паркинсона и Альцгеймера. Из-за этого понимание прогрессирования заболевания внутри синапса может привести к разработке лекарств для борьбы с такими заболеваниями. Однако проблема при изучении синапсов заключается в том, что они слишком малы для прямого доступа с помощью инструментов записи.
Даже с мощным микроскопом трудно увидеть, что происходит в одном синапсе. Но исследователи из Окинавского института науки и технологий аспирантуры (OIST) и университета Дошиша нашли способ обойти эту проблему. Они обнаружили метод создания синапса, достаточно большого, чтобы позволить им напрямую отслеживать события, происходящие внутри синаптической структуры.
В статье, опубликованной в The Journal of Neuroscience, доктор Димитар Димитров из отдела клеточных и молекулярных синаптических функций OIST, возглавляемого профессором Томоюки Такахаши, и его коллеги описывают новый метод выращивания гигантских синапсов в чашках для культивирования.
Они берут свежие нейронные клетки из определенных областей мозга мышей, выращивают их в культуральной посуде и позволяют им образовывать гигантские синапсы. Эти гигантские синапсы отличаются от обычных малых синапсов. В этих гигантских синапсах пресинаптическая часть одного нейрона не просто « касается » постсинаптической части другого нейрона, но обвивается вокруг всего тела клетки постсинаптического нейрона.
Этот прорыв был сделан после многих проб и ошибок. Ученые изучили синаптические механизмы, используя свежие срезы мозга мышей или обычные культуральные препараты небольших синапсов.
Свежеприготовленные срезы мозга могут предоставить исследователям большие синапсы, но они быстро разрушаются, и их можно хранить и изучать только в течение одного дня. Такой короткий период не позволяет исследователям проводить эксперименты, связанные с молекулярным составом нейронов и экспрессией генов внутри нейронов: эксперименты, в которых участвуют белки, созданные внутри нейронов.
В довершение ко всему, срезы мозга плотно заполнены клетками и недостаточно прозрачны для проведения исследований изображений с высоким разрешением.
Вместо этого обычные культуральные препараты жизнеспособны в течение более длительных периодов времени, а их простая организация клеточного слоя делает их идеальными для микроскопии.
Но размер отдельного синапса слишком мал, чтобы детально показать, что происходит внутри синапса.
Димитров и его коллеги хотели объединить преимущества двух техник: большие синапсы в культуре. «Изначально было невозможно последовательно воспроизводить эти большие синапсы в культуре», — вспоминает Димитров. «Затем мы обнаружили некоторые специфические факторы, которые необходимы для стимулирования образования гигантских синапсов."
Следующим шагом будет использование этой модели для изучения того, как белки соотносятся с силой передачи «сообщения» в пресинаптической части одного нейрона.
Чтобы сделать такие исследования возможными, ученым необходимо сочетать методы микроскопической визуализации или генетические методы, которые позволяют им понять функцию белка, с другими методами записи. Эти последние методы сосредоточены на электрических свойствах нейронов. Другими словами, это электрофизиологические методы, позволяющие одновременно записывать передаваемое «сообщение».
Культура гигантских синапсов уже показала обнадеживающие результаты в этом направлении исследований. Ученые смогли записать живые изображения синапса в высоком разрешении, одновременно записывая электрические сигналы, которые передавались между нейронами. "Этот метод имеет огромный потенциал, чтобы помочь нам понять, как работают синапсы.
Это обеспечит лучшее и более глубокое понимание того, что происходит в синапсах », — сказал профессор Такахаши.