Синапсы между нервными клетками в мозгу подвергаются постоянному ремоделированию, что является основой обучения. Команда Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) в Мюнхене проследила молекулы, которые управляют ремоделированием, и показала, что они циркулируют в живой клетке, как бегущие суши..
Человеческий мозг подобен долгостройке - всегда есть чем заняться. Это, безусловно, относится к синапсам, функциональным связям между нервными клетками, которые постоянно укрепляются, ослабевают или разрушаются. Действительно, этот процесс, называемый синаптической пластичностью, лежит в основе нашей способности хранить и вспоминать информацию, другими словами, учиться. Инструкции по синтезу необходимых компонентов, которые закодированы в молекулах, известных как матричные РНК (мРНК), доставляются в определенные синапсы, которые в них нуждаются, с помощью специализированной транспортной системы. Но как чертежи достигают места назначения, плохо понятно. Чтобы узнать больше об основных механизмах, клеточный биолог профессор Майкл Киблер и его группа в Биомедицинском центре LMU теперь следили за транспортом отдельных мРНК в определенные синапсы. Их анализ показывает, что одна и та же мРНК может быть представлена потенциальным адресатам несколько раз - система, которую исследователи сравнивают с запуском суши, использованием «бесконечной» конвейерной ленты, позволяющей посетителям выбирать из предлагаемых деликатесов.
Для того чтобы обслуживать разветвленную сеть синапсов на обычно удлиненном отростке, называемом дендритом, мРНК должны транспортироваться из ядра в теле клетки к терминальным ветвям в конце отростка. Для наблюдения за этим процессом команда LMU использовала культуры клеток, полученные из нейронов, выделенных из гиппокампа крысы, которая служит моделью гиппокампа человека.«Мы пометили определенные мРНК в живых клетках флуоресцентным красителем, что позволило нам отслеживать их прогресс в режиме реального времени», - объясняет Киблер. «Этот подход позволил нам впервые определить, доставляется ли данная молекула непосредственно в конкретный синапс, и по-разному ли обрабатываются разные мРНК в этом отношении. В одном случае мы смогли проследить, как мРНК вошел в один из шиповидных отростков, расширенных дендритом», - говорит он. «Дендриты действуют как антенны, принимающие сигналы от синапсов других клеток». Наблюдения показали, что одна и та же мРНК может неоднократно циркулировать туда и обратно между телом клетки и нервными отростками - как суши между столами в ресторане - до тех пор, пока не найдет синапс, который в этом нуждается..
Определенные последовательности распознавания, расположенные в сегменте мРНК, который следует за стоп-кодоном (который отмечает конец схемы кодирования белка), служат как почтовой маркой, так и адресом, чтобы направить молекулу, чтобы гарантировать, что молекула достигает правой области клетки.«Мы также продемонстрировали, что, если почтовая марка не повреждена, транспорт от тела клетки к нервным отросткам более эффективен, и мРНК приближается к синапсу, чем когда она была удалена», - говорит Киблер. Кроме того, РНК-связывающие белки, такие как Staufen2, играют важную роль в регуляции транспорта мРНК с помощью этой клеточной системы сортировки. Более ранние исследования ранее показали, что Staufen2 способен связывать несколько разных мРНК, так что один и тот же механизм может распределять разные мРНК. Кроме того, новый отчет подтверждает ранние результаты, согласно которым поглощение мРНК синапсом зависит как от природы связывающего белка, так и от уровня активности синапса. В совокупности новые данные предоставляют дополнительную информацию о механизмах, лежащих в основе доставки белков к синапсам, и окажут влияние на будущие усилия по пониманию молекулярной основы синаптической пластичности у млекопитающих.