Картинка дня: шипиковый нейрон

Credit: TIAGO DAVID/NeuroArt


Перед вами — обычный шипиковый нейрон, сам по себе. Снимок, участвующий в августовском конкурсе NeuroArt, показывает нейрон, образующий сотни дендритных шипиков, мест, которые образуют соединения с другими нейронами: синапсы. Кстати, знаете какое максимальное количество синапсов может образовать один нейрон? Последние публикации говорят о некоторых нейронах мозжечка, которые образуют до 100 000 (!) синаптических входов! Подробнее о том, как устроены нейроны, как выглядят дендритные шипики и что такое синапсы, вы можете прочитать в нашей специальной статье из цикла «Нейронауки для всех».

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

Нейростарости: культура гигантских синапсов поможет наблюдать за транспортом нейромедиаторов

Исследователи из Окинавского института науки и технологии (OIST) в Японии сумели создать стабильную культуру гигантских синапсов, которая может стать прорывом в микроскопическом изучении синаптической передачи.

Cтруктура гигантского синапса. Credit: OIST


Сам термин «синапс» существует в нейронауках почти сотню лет, его ввел Чарльз Скотт Шеррингтон. Обычно эти места соединения нервных клеток образуются в крошечных выростах на дендритах – так называемых дендритных шипиках (некоторые нейроны мозжечка имеют до 100 000 синаптических входов). Структура самого синапса хорошо известна: пресинаптическая мембрана, постсинаптическая, синаптическая щель… Сама передача потенциала действия через синаптическую щель очень сложен, в нем задействовано много различных молекул: белков, липидных везикул и малых нейромедиаторов, в работе синапсов принимают участие и окружающие их астроциты. Тем не менее, сами синапсы не очень удобны для изучения методами микроскопии – они слишком малы.

Исследователи из из Окинавского института науки и технологии (OIST) в 2016 году опубликовали в Journal of Neuroscience статью, которая должна позволить в будущем сделать серьезный прорыв в изучении синапсов.

Дело в том, что помимо «обычных» синапсов, иногда образуются так называемые гигантские синапсы. В этих синапсах пресинаптическая часть одного нейрона «заворачивается» вокруг нейрона, принимающего потенциал действия. Такие синапсы могли бы стать замечательным объектом для микроскопического изучения, однако здесь есть одна проблема: эти синапсы не «живут» в культуре. Их можно найти на свежих срезах головного мозга мышей, однако они быстро разрушаются.

Cравнительные размеры обычного и  гигантского синапса. Credit: OIST


Однако японские исследователи сумели обойти эту проблему и создать технологию, в которой кортикальные клетки нейронов мыши образуют гигантские синапсы и живут в культуре. При этом, что важно, в этой культуре возможно одновременно оптическими методами изучать пресинаптический везикулярный транспорт и осуществлять электрофизиологическую регистрацию работы синапса.

«Этот метод имеет огромный потенциал, чтобы помочь нам понять, как работают синапсы. Это обеспечит лучшее, более глубокое понимание того, что происходит в синапсах», — так прокомментировал свою работу профессор Томоюки Такахаси, один из авторов работы.


Текст: Алексей Паевский

Reconstitution of Giant Mammalian Synapses in Culture for Molecular Functional and Imaging Studies

Dimitar Dimitrov, Hiroshi Takagi, Laurent Guillaud, Naoto Saitoh, Kohgaku Eguchi and Tomoyuki Takahashi

Journal of Neuroscience 23 March 2016, 36 (12) 3600-3610; DOI: https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.3869-15.2016

 

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

Синапсы обретут видимость на ПЭТ-снимках

Диагностика болезни Альцгеймера и других нейродегенеративных заболеваний становится еще более тонкой, почти ювелирной. Исследователи из Йельского университета создали такой трейсер для ПЭТ-диагностики, который позволяет измерять плотность синапсов в разных участках мозга, а это – важный показатель сохранности нервной ткани. Ученые представили работу на ежегодной конференции Общества ядерной медицины и молекулярной визуализации (SNMMI), которая проходила 23-26 июня в Филадельфии (США). 


Потеря синаптической плотности – один из самых ранних, доклинических признаков запустившегося процесса нейродегенерации, характерного в частности для болезни Альцгеймера. И регистрация этого процесса на начальных стадиях могла бы помочь оценивать эффект от экспериментальной терапии, создать которую ученые попыток не оставляют. Своеобразным «прорывом» в поиске визуализируемых маркеров стал радиотрейсер 11C-UCB-J для позитронно-эмиссионной томографии, который позволил продемонстрировать то, насколько много синапсов – соединений между нервными клетками – в том или ином участке нервной ткани. Он помечает белок синаптических везикул 2 (SV2A) и таким образом показывает его скопления. Однако, его характеристики не позволяли применить его в клинической практике.

Исследователи из Йеля и авторы работы учли свойство 11C-UCB-J проявлять сродство к синаптическим белкам и создали меченный 18F трейсер, обладающий похожей активностью, который показывал расположение SV2A и был достаточно безопасен для работы с пациентами. Они синтезировали целый ряд похожих трейсеров с быстрой кинетикой, хорошо проходящих гематоэнцефалический барьер и обладающих высокой специфичностью сигнала. Главное, что все эти вещества обладают большим потенциалом для клиники и способны коммерциализироваться, что сыграет немаловажную роль для их внедрения в практику.


Текст: Анна Хоружая 

Abstract 69: «In vivo imaging evaluation of a novel 18F-labeled SV2A PET tracer in nonhuman primates» by Zhengxin Cai, Songye Li, Daniel Holden, Shu-fei Lin, Anupama Shirali, Paul Emery, Michael Kapinos, Jim Ropchan, Nabeel Nabulsi , Richard E. Carson and Yiyun Huang, Yale University, New Haven, CT; and Wenjie Zhang, West China Hospital, New Haven, CT. SNMMI 2018 Annual Meeting, June 23-26, 2018, Philadelphia.

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

Семинар «Молекулярный мозг»: о ремоделировании синапсов расскажут в ИБХ

Семинар состоится 25 мая в 11:00 в Малом зале Института биоорганической химии РАН. Профессор Дмитрий Русаков из Института неврологии Университетского колледжа Лондона (Великобритания) выступит с докладом о ремоделировании синапсов. Приглашаем всех желающих! Доклад будет на английском языке.


Докладчик: профессор Дмитрий Русаков, Институт неврологии Университетского колледжа Лондона (Великобритания)

Название доклада: Activity-dependent remodelling of synaptic microenvironment

Аннотация автора:

Memory trace in the brain is believed to involve structural remodelling of synaptic connections. This is likely to engage ultrathin astroglial processes that often occur in the immediate proximity of excitatory synapses. Although astroglia have been emerging as an important regulator of synaptic circuitry, the causal relationships between activity-triggered synaptic restructuring and the changes in nearby astroglia remain poorly understood. We combined single-cell electrophysiology with two-photon excitation microscopy, photolytic uncaging, super-resolution techniques, and correlational 3D electron microscopy, to monitor fine astroglial morphology during the induction of synaptic long-term potentiation (LTP), in situ and in vivo. We document NMDA receptor-dependent withdrawal of astroglial processes from the vicinity of synapses following LTP induction, both at the level of synaptic populations and at the level of individually monitored potentiated synapses. The reduction in synaptic astroglial coverage boosts the extra-synaptic escape of released glutamate thus facilitating NMDA receptor-mediated cross-talk among neighbouring synapses. The cellular mechanisms underlying astroglial restructuring involve local Ca2+ elevations but do not depend on metabotropic glutamate receptors, IP3-receptor signalling, aquaporins, or Ephrin-associated morphogenesis. They do require the ion exchanger NCCK1, thus pointing to the underlying ion and water homeostasis machinery. Experiments are under way to understand activity-dependent changes in the 3D nano-organisation of perisynaptically expressed signalling proteins using dSTORM imaging.

Руководитель семинара: Алексей Васильевич Семьянов; E-mail: semyanov@ibch.ru

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

Новые тормоза нейронов помогут справиться с аутизмом и эпилепсией

В истории нейронаук хорошо известен спор между заклятыми соперниками Сантьяго Рамон-и-Кахалем и Камилло Гольджи о том, как соединяются нервные клетки. Гольджи считал, что нейроны плавно перетекают один в другой и не имеют «мест соединений», Кахаль – что такие места есть. Оба остались при своём мнении, даже получив Нобелевскую премию. Рассудил всех Чарльз Шеррингтон, который и придумал слово «синапс» – место соединения нейронов. Именно через них передаётся сигнал от одной нервной клетки к другой – посредством небольших молекул-нейромедиаторов, выбрасывающихся из пресинаптической мембраны и соединяющихся с белками-рецепторами мембраны постсинаптической.

Синапсы классифицируют по-разному. Один из главных вариантов – классификация по знаку действия. Синапсы бывают возбуждающие и тормозные. Тормозной синапс не позволяет нейрону быть всё время возбуждённым.

До недавнего времени считалось, что белки-рецепторы тормозных синапсов гораздо проще и беднее возбуждающих. Однако исследование, проведенное учёными из Университета Дьюка и опубликованное в Science, пополнило «коллекцию» «тормозных белков» на целых 140 молекул!

Поскольку явление возбуждающих и тормозных синапсов было открыто еще в 1959 году Эдвардом Греем, авторы исследования 2016 года, Скотт Содерлинг и Акийоши Уезу приводят метафору сейфа, где эти белки находились полвека, никак не связываемые наукой с тормозными синапсами.

Soderling_storm1_0

На иллюстрации: пик аномальной эпилептической активности мозга в гиппокампе при нехватке синаптического белка InSyn1. Credit: Akiyoshi Uezu, Dan Kanak and Scott Soderling

Уезу и Содерлинг использовали новый метод «извлечения» белков из нейронов, который получил название BioID. Он использует бактериальный фермент, чтобы «поймать на крючок» близлежащий белок (абсолютно любой) в живой мыши, а затем этот комплекс извлекается из тканей и изучается доступными методами для определения структуры белка.

Когда Уезу получил список новых белков тормозящего синапса, оба исследователя «чуть не повыпадали из кресел», по выражению Содерлинга.

Оказалось, что гены некоторых белков уже были замечены в связях с эпилепсией, 27 белков участвуют в широкой ассоциации с заболеваниями аутистического спектра, а гены двух белков вообще не имели пока своей роли в организме. Авторы дали этим белкам названия InSyn1 и InSyn2. Уже показано, что при истощении уровня InSyn1 в некоторых нейронах оставляет ткани гиппокампа перевозбуждёнными и вызывает эпилептическую активность мозга.

Новое открытие открывает сразу несколько путей для медикаментозного лечения аутистических заболеваний и эпилепсии, а также позволяет начать серьёзное исследование роли тормозящих синапсов в формировании долговременной памяти: их роль в этом процессе изучена гораздо менее роли возбуждающих синапсов.

#эпилепсия
#синапсы
#аутизм
#память

Текст: Алексей Паевский

Akiyoshi Uezu, Daniel J. Kanak, Tyler W.A. Bradshaw, Erik J. Soderblom, Christina M. Catavero, Alain C. Burette, Richard J. Weinberg, and Scott H. Soderling.

Identification of an Elaborate Complex Mediating Postsynaptic Inhibition.
Science, September 2016 DOI: 10.1126/science.aag0821