Исследователи разработали одну из наиболее полных 3D-моделей синапса, соединения нейронов, имеющего решающее значение для межклеточной коммуникации. Это исследование поможет получить беспрецедентное представление о сложных взаимодействиях между отдельными клетками, предлагая новое понимание нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Гентингтона и шизофрения. Результаты исследования опубликованы в научном журнале PNAS.
Новизна исследования
Ученые использовали новый подход, чтобы сравнить мозг здоровых мышей с мозгом мышей с мутантным геном Хантингтона, выявив структурные дефекты, потенциально нарушающие клеточную связь. Исследователи считают, что их методика может значительно улучшить наше понимание различных нейродегенеративных и нервно-психических заболеваний.
Практическая значимость работы
Ученые создали одно из самых подробных трехмерных изображений синапса, важного соединения, где нейроны общаются друг с другом посредством обмена химическими сигналами. Эти модели нанометрового масштаба помогут ученым лучше понять и изучить нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Гентингтона и шизофрения.
Полученные данные представляют собой важное техническое достижение, которое позволяет ученым изучать различные клетки, которые сходятся в отдельных синапсах, с недостижимым ранее уровнем детализации.
«Одно дело понять структуру синапса из литературы, но совсем другое увидеть точную геометрию взаимодействий между отдельными клетками своими глазами», — комментирует Абделлатиф Бенраисс (Abdellatif Benraiss), соавтор исследования.
Актуальность исследования
Исследователи использовали новую технику для сравнения мозга здоровых мышей с мышами, несущими мутантный ген, вызывающий болезнь Гентингтона. Предыдущие исследования ученых показали, что дисфункциональные астроциты играют ключевую роль в заболевании.
Астроциты являются членами семейства вспомогательных клеток в мозге, называемых глией, и помогают поддерживать надлежащую химическую среду в синапсе.
Исследователи сосредоточились на синапсах, которые включают средние шипиковые двигательные нейроны; прогрессирующая потеря этих клеток является отличительной чертой болезни Гентингтона.
Материалы и результаты исследования
Ученые использовали алмазный нож для серийного удаления и изображения ультратонких срезов мозговой ткани, создавая трехмерные модели помеченных клеток и их взаимодействия в синапсе в нанометровом масштабе.
«Модели раскрывают геометрию и структурные отношения между астроцитами и их партнерскими синапсами, что важно, поскольку эти клетки должны особым образом взаимодействовать в синапсе», — добавляет Карлос Бенитес Вильянуэва (Carlos Benitez Villanueva), автор исследования. «Этот подход дает нам возможность измерять и описывать геометрию синаптической среды и делать это в зависимости от глиального заболевания».
В мозгу здоровых мышей ученые обнаружили, что астроцитарные отростки взаимодействуют с дискообразным синапсом и полностью покрывают его, создавая тесную связь. Напротив, астроциты у мышей Хантингтона были не столь эффективны в инкапсулировании или изолировании синапсов, оставляя большие промежутки. Этот структурный недостаток позволяет калию и глутамату — химическим веществам, регулирующим связь между клетками, — просачиваться из синапса, потенциально нарушая нормальную межклеточную связь.
Дисфункция астроцитов была связана с другими заболеваниями, включая шизофрению, боковой амиотрофический склероз и лобно-височную деменцию. Исследователи считают, что этот метод может значительно улучшить наше понимание точной структурной основы этих заболеваний.
В частности, ученые указывают, что этот метод может быть использован для оценки эффективности стратегий замены клеток, которые заменяют больные глиальные клетки здоровыми, для лечения этих заболеваний.