Die Kommunikation durch Nervenzellen ist vielfältiger als angenommen

Anonim

Eine grundlegende Neuentdeckung darüber, wie Nervenzellen im Gehirn winzige, mit Chemikalien gefüllte Säckchen speichern und freisetzen, könnte die Art und Weise, wie Wissenschaftler über Neurotransmission denken, radikal verändern - die elektrische Signalgebung im Gehirn, die alles von der Art, wie wir uns bewegen, zu unserer Erinnerung und Wahrnehmung macht die Welt.

Laut den Wissenschaftlern der Universität von Kalifornien, San Francisco (UCSF), die die Forschung durchgeführt haben, ändert die Entdeckung die beteiligten Spieler nicht so sehr, da sie zeigt, dass die Spielregeln sehr unterschiedlich sind, als bisher angenommen. Ein besseres Verständnis dieser Regeln könnte den Forschern helfen, neue Wege zu finden, um neurologische Erkrankungen wie Parkinson zu behandeln, die teilweise dadurch entstehen können, dass diese normalen Gehirnprozesse schief laufen.

Die fraglichen Spieler sind als Bläschen bekannt - kleine Bläschen, die mit Neurotransmittern gefüllt sind, den Chemikalien, die Neuronen freisetzen, um ein Signal an das nächste Neuron im Stromkreis zu senden.

Wissenschaftler haben über diese Vesikel und ihre wichtige Rolle, die sie in der Gehirnfunktion seit Jahrzehnten spielen, Bescheid gewusst, aber das Geheimnis blieb, weil es anscheinend zwei verschiedene Vesikel gibt, die nicht verstehen, was die Unterscheidung ausmacht. Alle winzigen Bläschen in einem durchschnittlichen Neuron sehen selbst für ein geschultes Auge, das durch ein starkes Mikroskop blickt, gleich aus - so wie ein Haufen Spieler, die in einem bestimmten Spielfeld die gleiche Farbe tragen, dem gleichen Team zu gehören scheint.

In der Zeitschrift Neuron stellen UCSF-Professor Robert Edwards und seine Kollegen in diesem Monat den ersten Beweis dar, dass Vesikel in den beiden Pools trotz ihres Aussehens unterschiedliche Identitäten und Schicksale haben, die durch die speziellen Proteine ​​auf ihren Oberflächen definiert werden.

"Sie sehen identisch aus, aber sie enthalten verschiedene Proteine", sagte Edwards.

Wie das Gehirn Informationen übermittelt

Neuronen, die die weiße Substanz im Gehirn und die Nerven bilden, die durch den Körper verlaufen, sind im Grunde nur spezialisierte Zellen mit sehr langen Verlängerungen - manchmal ein Meter oder länger.

Diese Spaghetti-artigen Nervenfasern leiten elektrische Impulse, die dazu führen, dass das Neuron einige dieser winzigen Vesikelsäckchen freisetzt und ihren chemischen Inhalt in die Synapse einbringt, eine Lücke zwischen dem Nervenende und dem nächsten Neuron. Die Chemikalien sickern dann in das angrenzende Neuron und lösen manchmal aus, dass sie wiederum feuern.

Dieses grundlegende Spiel der Neurotransmission wird Billionen Mal durch die etwa 10 Milliarden Neuronen im menschlichen Gehirn gespielt. Einige Neuronen sind so aktiv, dass sie bis zu 100 Mal pro Sekunde feuern, was Mechanismen erfordert, um diese hohen Raten aufrecht zu erhalten.

Die Vesikel spielen eine entscheidende Rolle in diesem Prozess, weil sie Neuronen feuern können, wenn sie bereit sind. Neuronen verwenden die Vesikel, um die Chemikalien zu verpacken und sie im Voraus zu transportieren, so dass sie freigesetzt werden können, sobald ein elektrischer Impuls eintrifft. Da die Freisetzungsstellen weit vom Zellzentrum entfernt sind, müssen die Vesikel lokal recycelt werden, um hohe Freisetzungsraten aufrechtzuerhalten.

Seit Jahren haben Wissenschaftler beobachtet, dass, während alle Vesikel identisch erscheinen, sie tatsächlich in zwei verschiedenen Pools existieren. Der kleinere Pool, der sich am äußersten Ende des Neurons befindet, enthält diejenigen, die Neurotransmitter freisetzen, wenn ein elektrischer Impuls eintrifft. Nach der Freisetzung werden die Vesikel schnell für die weitere Verwendung recycelt, und aus diesem Grund haben die Wissenschaftler das "Recycling" -Pool von Vesikeln genannt.

Der zweite Pool von Vesikeln kann viel größer sein und bis zu 80 Prozent aller Vesikel an einer Synapse ausmachen. Überraschenderweise reagieren diese Vesikel nicht auf elektrische Impulse. Stattdessen sitzen sie schlafend, wenn das Signal eintrifft, und deshalb haben Wissenschaftler dies als "ruhenden" Pool bezeichnet.

"Es ist nicht klar, worauf sie reagieren oder was ihre Funktion ist", sagte Edwards.

Da die Vesikel in den beiden Becken unter dem Mikroskop identisch zu sein scheinen, wusste niemand, ob tatsächlich ein Unterschied zwischen ihnen bestand. In der Vergangenheit stellten viele Wissenschaftler die Hypothese auf, dass der Unterschied einfach eine Frage des Ortes sei - die Wiederverwertungsgeräte kommen ins Spiel, wenn ein elektrischer Impuls ankommt, einfach weil sie zufällig an der richtigen Stelle zur Freisetzung sind.

Aber einige Wissenschaftler haben darüber nachgedacht, ob die Identität der Vesikel ihr Verhalten bestimmt und nicht umgekehrt - dass die Recycling-Zellen an der richtigen Stelle sind, weil sie dafür bestimmt sind, freigesetzt zu werden. Es ist ungefähr so, als ob man fragt, ob ein Fußballspieler ein Torwart ist, weil er zufällig in der Nähe des Tores blockt oder weil er als Torwart bestimmt ist.

Die neue Arbeit zeigt im Wesentlichen, dass Torhüter Torhüter blockieren, weil sie Torhüter sind.

Proteine ​​bestimmen das Schicksal

In ihrer Arbeit zeigen Edwards und seine Kollegen, dass Vesikel in den zwei verschiedenen Pools unterschiedliche Proteine ​​enthalten und dass diese Unterschiede ihr Verhalten bestimmen. Mit Hilfe einer Technik zur Markierung von Proteinen mit leuchtenden Molekülen aus Quallen konnten sie zeigen, dass ein Protein namens VAMP7 in großen Mengen im ruhenden Pool vorhanden ist und nicht im Recycling-Pool, der mehr andere synaptische Vesikelproteine ​​enthält.

Dies zeigt, dass der Körper verschiedene Pools von Vesikeln herstellt und unterhält, die verschiedene Proteine ​​für verschiedene Zwecke enthalten: Freisetzung oder eine andere Funktion. Laut Edwards hat die Beobachtung weitreichende Auswirkungen auf unser Verständnis davon, wie Neurotransmitter verpackt, transportiert und aus Neuronen freigesetzt werden.

"Was passiert, ist kein einfacher, monolithischer Prozess", sagte er.

Die Beobachtung gibt neue Einblicke in die Funktion des Gehirns auf der einfachsten mikroskopischen Ebene. Es kann auch dazu beitragen, einige der Geheimnisse neurologischer Erkrankungen zu entschlüsseln, deren Aspekte mit der Entstehung und Freisetzung von Vesikeln in Zusammenhang stehen könnten.

Laut Edwards sind ruhende Vesikel an einem separaten, nicht gut verstandenen Prozess beteiligt, bei dem Nervenzellen spontan Vesikel freisetzen, was ihnen helfen kann, die Arten von Verbindungen, die sie untereinander herstellen, sowie die Stärke dieser Verbindungen anzupassen. Dieser Prozess kann bei neurologischen Erkrankungen eine Rolle spielen, von denen viele durch Veränderungen in der Art und Stärke von Synapsen gekennzeichnet sind.