Впервые в истории удалось запечатлеть синапсы в действии

Исследовательская команда под руководством профессора Кристиана Розенмунда из Charite – Universitatsmedizin Berlin впервые получила микроскопические изображения, запечатлевшие момент высвобождения нейромедиаторов в синаптической щели.

С помощью оптогенетически модифицированных нейронов мышей, стимулируемых вспышкой света, учёные смогли запустить процесс секреции нейромедиаторов и мгновенно заморозить клетки в жидком этане при температуре -180 ^°C через 1–2 миллисекунды после светового импульса. «Мгновенная заморозка» позволила визуализировать структуры с помощью криоэлектронной микроскопии.

Анализ изображений показал, что слияние синаптических пузырьков начинается с образования точечного соединения, которое затем расширяется в пору, через которую нейромедиаторы попадают в синаптическую щель. Кроме того, большинство сливающихся пузырьков оказались связаны тонкими филаментами как минимум с одним другим пузырьком, что, по мнению авторов, обеспечивает более длительную передачу сигналов.

«До настоящего времени никто не знал точных этапов слияния синаптических пузырьков с клеточной мембраной», – отмечает доктор Яна Кролль, главный автор исследования, работающая в Max Delbruck Center. Разработанная технология позволила впервые наблюдать синапсы в действии, не нарушая их функционирование.

Понимание деталей процесса слияния синаптических пузырьков, происходящего миллионы раз в минуту в мозге человека, имеет важное клиническое значение. Мутации в белках, участвующих в этом процессе, часто обнаруживаются у людей с эпилепсией и другими синаптическими расстройствами. «Если мы сможем выяснить точную роль этих белков, будет легче разрабатывать целенаправленные методы лечения этих так называемых синаптопатий», – объясняет Розенмунд.

Кролль планирует повторить эксперименты с использованием человеческих нейронов, полученных из стволовых клеток, чтобы лучше понять различия в механизмах синаптической передачи между мышами и людьми.