Дедритный шипик – заморозить и изучить

В методах, которыми пользуются нейронауки – пополнение.  Швейцарские исследователи из Высшей политехнческой школы в Лозанне (EFPL) предложили использовать струю жидкого азота для мгновенной заморозки ткани мозга и последующим электронно-микроскопическим изучением ее тонкой структуры. И сразу же применили этот метод к изучениям микрометровых выступов на поверхности нейронов – дендритных шипиков, которые и образуют синапсы.  Статья, опубликованная в журнале eLife, рассказывает о неожиданных находках.

Геометрия шипиков и присутствие мембран в их шейках. Илл. из обсуждаемой статьи


Как мы уже сказали, большинство синаптических связей во взрослом мозге человека расположены на дендритных шипиках – небольших, длиной в микрометр, выступах, отходящих от поверхности нейронов. Точный размер и форма шипиков определяют, насколько хорошо потенциал действия передается от одного нейрона к другому.

Эти детали становятся очень важными, когда нейробиологи хотят смоделировать нейронные цепи или понять, как информация передается между нейронами через них. Однако их небольшие размеры и трудности с сохранением мозговой ткани в ее естественном состоянии всегда оставляли открытым вопрос о том, какова истинная структура дендритного шипика.

Ученые из Школы естественных наук EPFL использовали метод мгновенного замораживания струей жидкого азота в сочетании с очень высоким давлением, чтобы мгновенно сохранить небольшие кусочки мозговой ткани. Исследователи из лабораторий Грэма Нотта и Карла Петерсена после такой мгновенной заморозки использовали 3D-изображения с высоким разрешением с помощью электронных микроскопов, чтобы понять, насколько застывшая истинная структура дендритного шипика похожа на ту, что была показана в предыдущих исследованиях. Оказалось – очень похожа, за исключением одного важного аспекта: метод мгновенного замораживания показал  существование дендритных шипиков со значительно более тонкими шейками, чем наблюдалось ранее.

Новое открытие подтверждает значительный объем теоретических и функциональных данных, накопленных много лет назад, которые показывают, что дендритные шипы являются химическими, а также электрическими компартментами, изолированными от остальной части нейрона тонкой и высокоомной шейкой с мембранами внутри. Вариации диаметра шейки шипика оказывают важное влияние на то, как синапс влияет на остальную часть нейрона.

«Помимо выявления истинной формы этих важных структур мозга, эта работа подчеркивает полезность методов быстрого замораживания и электронной микроскопии для получения более детального представления об архитектуре клеток и тканей», — говорит Грэм Нотт, один из руководителей исследования.

Текст: Алексей Паевский


Ultrastructural comparison of dendritic spine morphology preserved with cryo and chemical fixation” by Tamada H, Blanc J, Korogod N, Petersen CCH, Knott GW. eLife, 2021

Внутри синапса

Наш мозг содержит триллионы синапсов – соединений, при помощи которых нейроны взаимодействуют друг с другом. В этих синапсах находятся сотни белков, обеспечивающих бесперебойную деятельность нервной…

Внутрь синапса со сверхразрешением

Credit: Chair Markus Sauer / University of Würzburg На этом снимке из статьи в журнале Science Advsnces вы видите, что оптическая микроскопия сверхвысокого разрешения, которая способна…

Алкоголь и астроциты

Credit: Mary-Louise Risher/Duke Medicine Перед вами — иллюстрация из статьи в журнале Alcoholism: Clinical & Experimental Research. Слева — нормальный мозг мыши, а справа — он же…

Белок-передатчик сигналов в иммунной системе может быть связан с развитием депрессии

Согласно новому исследованию австрийских ученых, белок STAT3, основная функция которого заключается в передаче сигналов от цитокинов и факторов роста, может быть связан с развитием большого…

«Биостанции» из микророботов помогут восстанавливать связи между нейронами

При повреждении нейронных структур возникает частая проблема неправильного роста аксонов, из-за чего связи между нервными клетками восстанавливаются некорректно, и это мешает правильному функционированию всей системы….

Ацетилхолин «вывели на чистую воду»

Ученые Института химии растворов РАН и Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН смоделировали какую роль может играть вода в биологической активности ацетилхолина – первого открытого…

Глия вокруг синапса

Credit: Valdez Lab / Center for Translational Neuroscience / Brown University Перед вами — нервно-мышечные синапсы и один из трех типов шванновских глиальных клеток. Так называемые перисинаптические…

Защитные свойства аутофагии показались с новой стороны

Немецкие исследователи обнаружили новую защитную роль аутофагии в нервных клетках. Как выяснилось, она оказывает больший протективный эффект не за счет утилизации ненужных белков, а за…

Как астроциты улучшают работу гиппокампа при ограничении калорий

Ученые из Института биоорганической химии РАН исследовали роль нейроглии в улучшении когнитивных способностей при диете с ограничением калорий у мышей. Выяснилось, что при таком рационе…

Как увидеть плотность синапсов в живом мозге человека

До недавних пор исследователям не удавалось запечатлеть «общение» нейронов между собой в живом мозге, не вскрывая при этом череп. Группа учёных Йельского университета в 2016…

Кокаин образует новые синапсы в мозге посредством астроцитов

Кокаин вызывает сильное привыкание, создавая устойчивые клеточные воспоминания в мозге, которые способствуют компульсивному – периодически возникающему навязчивому – поведению. Исследователи попытались понять процесс формирования клеточных…

Мышь и синапсы

Credit: Zhen Qui and Seth Grant University of Edinburgh Перед вами — срез мозга молодой мыши, который демонстрирует меньшее разнообразие синаптической плотности, чем в старости. Авторы…