Gesundheit

Studie findet „Lautstärkeregler“ für drehen neuronale Kommunikation nach oben oder unten

Neurowissenschaftler am MIT die Picower-Institut für Lernen und Gedächtnis haben gefunden, dass ein protein verhält sich wie ein Lautstärkeregler für die Freisetzung von Neurotransmittern, die Chemikalien, die Neuronen release über verbindungen, genannt Synapsen, die Muskeln anregen oder kommunizieren mit anderen Neuronen in neuronalen Schaltkreisen. Die Ergebnisse helfen, erklären, wie Synapsen funktionieren und könnte besser zu informieren, Verständnis für einige neurologische Erkrankungen.

Arbeiten im Modell der Fruchtfliege, das team festgestellt, dass das protein Synaptotagmin 7 (SYT7), die auch beim Menschen und anderen Säugetieren, schränkt die Anzahl und Verfügbarkeit von neurotransmitter-haltigen blobs, sogenannten Vesikeln, zur Freisetzung an der synapse. Neuronen bereitstellen Vesikel zu Websites, die als „aktive Zonen“, die Freigabe, die über Synapsen, einem Prozess, der als „vesicle fusion.“ Wenn die Wissenschaftler reduziert SYT7, Sie sahen viel mehr neurotransmitter an den Synapsen. Wenn Sie erhöhte die protein -, neurotransmitter-release deutlich gesunken.

„Sie können sich das wie fast wie ein radio-Lautstärke Zifferblatt,“, sagte senior-Autor Troy Littleton, Menicon Professor der Neurologie in MIT den Abteilungen der Biologie und des Gehirns und Kognitionswissenschaften. „Wenn ein neuron senden will, mehr signal aus all dem zu tun hat, ist im Grunde reduzieren Sie die Ebenen der SYT7 protein, dass es so ist. Es ist eine sehr elegante Art und Weise für die Neuronen zu drehen nach oben oder unten die Höhe der Ausgabe, die Sie geben.“

Die Studie co-lead-Autoren sind Zhuo Guan, eine Wissenschaftlerin, und Mónica C. Quiñones-Frías, die erfolgreich verteidigte Ihre Dissertation, die Sie auf der Arbeit 4. Mai. Sie stellte fest, dass durch das handeln als das Volumen Zifferblatt, das protein könnte sich ändern, die Natur der synapse-Tätigkeit in einem Stromkreis, eine Eigenschaft, die man als „synaptische Plastizität.“

„Syt7 regelt die neurotransmission in einer Dosis-abhängigen Art und Weise und kann als Schalter für short-term synaptic plasticity,“ Quiñones-Frías, sagte.

Wissenschaftliche Mitarbeiterin Yulia Akbergenova ist auch ein co-Autor der Studie, in eLife.

Synaptic überraschung

Wichtig sind, wie Sie sind, haben die Ergebnisse der Studie sind nicht diejenigen die Mannschaft war ursprünglich auf der Suche für.

Jahrzehnte lang haben Neurowissenschaftler bekannt, dass das protein synaptotagmin-Familie spielt eine wichtige Rolle in der synaptischen Funktion. In der Tat, Littleton, 1993-dissertation zeigte, dass SYT1 gefördert, die eine schnelle Freisetzung von Neurotransmittern ausgelöst durch einen Zustrom von Kalzium-Ionen. Aber auch mit SYT1 deaktiviert, Synapsen noch Freisetzung von Neurotransmittern auf einem langsameren Zeitrahmen. Niemand hat herausgefunden, was fördert, dass die anschließende langsamere release, aber viele Wissenschaftler hatte, richteten sich die Hoffnungen auf SYT7.

„Das ist etwas, dass im gesamten Bereich, einschließlich meinem Labor, hat wirklich gesucht,“ Littleton sagte. „So war es eine echte überraschung, wenn wir klopfte es aus und sah nur das Gegenteil von dem, was wir erwartet haben.“

Mutanten und Mikroskope

Studieren SYT7 das team konzentrierte seine Experimente an Synapsen in einem gut charakterisiert locale: die Kreuzung zwischen einer fliege neuron und Muskel. Das team wollte nicht nur sehen, welche Unterschiede die änderung der protein-levels machen würde, der synaptischen Aktivität, sondern auch verfolgen, wie es diese Unterschiede.

Sie verändert die Höhe der SYT7 die Neuronen produzieren könnte, indem Sie mutieren und die Zucht von Fliegen, denen das gen komplett gestrichen wurde, wird nur eine Kopie ausgedrückt werden konnte, oder in denen das gen überexprimiert wurde, mehr zu produzieren SYT7 als normal. Für jede dieser Linien Fliegen Sie gemessen die überraschende inverse Beziehung zwischen SYT7 und synaptische übertragung.

Auch, mit einer Technik, Labor erfunden, um visuell Flagge neurotransmitter jedes mal, wenn es passiert, ist Sie abgebildet, wie aktiv die einzelnen Synapsen auf das neuron-Muskel-Kreuzung wurden im Laufe der Zeit. In Fliegen entwickelt, um produzieren weniger SYT7 sahen Sie viele Synapsen mehr mit einer hohen Neigung zum release als bei normalen Fliegen.

Sobald Sie bestätigt SYT7 die restriktive Rolle, die Natürliche Frage war, wie funktioniert SYT7 beschränken neurotransmitter. Synapsen sind sehr Komplex, nachdem alle, und wichtige Aspekte der SYT7 Rolle innerhalb der Maschine noch nicht charakterisiert werden.

Wenn Sie im Vergleich Synapsen im normalen Fliegen und die fehlenden SYT7 Sie nicht sehen große Unterschiede in der Anatomie oder calcium-Einstrom, der erklären könnte, wie SYT7 Werke zu begrenzen release.

Sie wandte sich dann Ihre Aufmerksamkeit auf den Zyklus, in dem Vesikel Ihre neurotransmitter Ladung und sind dann zurück in die Zelle zu füllen mit neurotransmitter bevor er wieder einen pool von Vesikeln bereit, für die rückverlegung. Ihre Experimente zeigten, dass die Neuronen fehlt SYT7 nicht das Recycling der Vesikel anders, aber Sie hatte doch mehr Bläschen in die leicht lösbare pool (RRP). Darüber hinaus Mutanten, die in SYT7 wurde überexprimiert erheblich eingeschränkt wird das Vesikel in das Schwimmbad.

„SYT7 Grenzen Freisetzung in einer Dosierung sensible Art und Weise durch die negative Regulierung der Anzahl der synaptischen Vesikel zur Verfügung, die für die fusion und Verlangsamung der Erholung von der UVP folgende Anregung,“ bestimmt Sie.

Der Letzte Schritt war, auf die Spur, wo SYT7 befindet sich in der synaptischen Maschinerie. Unter dem Mikroskop konnten Sie mit dem Stift nach unten in ein Netzwerk von Rohren Umgebung, aber nicht in die aktiven Zonen. Der Aussichtspunkt ist genau da, wo andere Proteine, die Regulierung der Vesikel-trafficking, befinden sich auch, was SYT7 eine klare Möglichkeit zur Interaktion mit diesen Proteinen zu regulieren, die Rückkehr der Vesikel an aktiven Zonen.

Implikationen für Krankheit und Plastizität

Verstehen Sie mehr über SYT7 Rolle an der synapse bei Säugetieren könnten die Sache in mehrfacher Hinsicht, Littleton, sagte. Vor zwei Jahren, die Forscher zeigten, dass das protein reduziert bei Mäusen mit einer genetischen Ursache der Alzheimer-Krankheit. Und im Februar ein weiteres Papier zeigte, dass Patienten mit bipolarer Störung zeigten niedrigere Niveaus des proteins als Menschen, die nicht die Störung haben. Mäuse mit SYT7 ausgeschlagen zeigte einige manische und depressive Verhaltensweisen.

Mehr grundlegend, Littleton und Quiñones-Frías sagte, ist die Flexibilität oder Plastizität, die es sich leisten können. Da SYT7 reguliert die neurotransmitter-Freisetzung durch die Verlangsamung der Nachschub für lösbare Bläschen, die zu einem Anstieg in der Ebenen verwandeln kann eine synapse aus der Art, sendet große Ausbrüche von signal (und daher überträgt mehr Informationen) früh und dann ausläuft in einem, baut sein signal über die Zeit. Solche Unterschiede in den release-Zeitrahmen können wichtige Unterschiede in der Schaltung die Verarbeitung von Informationen im Gehirn.