Страх и зависимость оказывают значительное влияние на общество. Управлять ими часто бывает непросто, поскольку они управляются сложными нейронными цепями в нашем мозгу. Понимание основных молекулярных механизмов имеет решающее значение для вмешательства, когда эти процессы нарушаются.
Новая техника «мгновенного и замораживания-перелома», впервые разработанная учеными из Института науки и технологий Австрии (ISTA), дает уникальный взгляд на соответствующую область мозга . Результаты были недавно опубликованы в журнале PNAS .
В поисках пищи птица встречает лису. Он вовремя уходит, но вид и звук хищника остаются. Негативный опыт сформирует память в его мозгу и с этого момента будет ассоциироваться со страхом и стрессом. Всякий раз, когда он снова встречает лису, воспоминания о страхе оживают. Внимание птицы резко возрастает, ее сердцебиение учащается, и она меняет свое поведение, чтобы снизить риск нападения хищников. Такая память опосредована определенной областью мозга, называемой медиальной хабенулой, одним из эпицентров обработки эмоций.
Питер Коппенштайнер вместе с Прадипом Бхандари, Джиханом Оналом и другими членами исследовательской группы Рюичи Сигэмото в Институте науки и технологий Австрии (ISTA) исследовали эту конкретную часть мозга, чтобы понять, как его нейроны общаются друг с другом. Результаты дают беспрецедентный взгляд на эту тему с использованием новой техники визуализации под названием «Мгновенный и замораживающий перелом».
Противоинтуитивные клетки мозга
Нервные клетки медиальной хабенулы демонстрируют необычное поведение, противоречащее общему пониманию того, как нейроны передают сигналы друг другу.
«Обычно связь между нейронами прекращается, как только активируется определенная молекула на поверхности клеток, известная как рецептор GABAB», — объясняет Питер Коппенштайнер, ранее постдок в группе Сигэмото, а теперь научный сотрудник одного из подразделений научной службы (СГУ) ИСТА.
В нейронах медиальной хабенулы происходит прямо противоположное. «При активации GABAB коммуникация усиливается до такой степени, что проявляется сильнейшее синаптическое облегчение во всем мозге», — продолжает он. Однако основной механизм все еще был неизвестен.
Мгновенный и замораживающий перелом. (1) Вспышка света стимулирует нейроны в образце мозга, после чего происходит немедленное замораживание ткани. (2) Замороженная ткань мозга разрушается и подвергается испарению углерода/платины. Слой углерода действует как гипсовый отпечаток сломанной поверхности, а платина добавляет эффект затенения, чтобы лучше видеть трехмерные структуры поверхности в электронном микроскопе. (3) Белки в ткани головного мозга помечены и визуализированы частицами золота с помощью электронного микроскопа. Фото: Коппенштайнер и др./PNAS.
Новый метод раскрытия внутренней части нейронов
Движимые любопытством, ученые ISTA отправились в путешествие, чтобы расшифровать это явление. Цель состояла в том, чтобы тщательно изучить медиальные нейроны хабенулы у мышей после их активации световой вспышкой. «Это очень сложная задача», — говорит Рюичи Сигэмото. «Процессы внутри нейронов происходят за миллисекунды, а классическим методам электронной микроскопии не хватает временного разрешения, чтобы их уловить».
Метод, сформулированный в последнее десятилетие под значительным влиянием исследовательской группы Питера Джонаса из ISTA, под названием « Вспышка и заморозка » оказался отличной отправной точкой. Это мощный инструмент, позволяющий замораживать нейроны после стимуляции светом для анализа структуры нейронов. Теперь ученые подняли его на новый уровень.
Их новая техника «мгновенного и замораживающего разрушения» дает возможность также изображать белки и молекулы. Это достижение позволяет исследователям отслеживать их траектории, т. е. куда движутся белки после активации нейронов, и выяснять, почему они занимают разные позиции.
Последнее имеет особое значение. «Коммуникация в синапсе варьируется в зависимости от локализации конкретных белков. Наш новый метод показывает, что быстрые изменения положения некоторых белков усиливают синапсы», — объясняет Коппенштайнер.
Два белка с ранее неизвестными функциями, в частности, SPO и CAPS2, локализуются вблизи синапса, где CAPS2 закрепляет везикулы — крошечные пузырьки, несущие нейротрансмиттеры — в этой области. Решающее событие, которое обеспечивает сильную передачу сигналов-переносчиков к следующей нервной клетке, тем самым облегчая связь между нервными клетками .
Понимание этих деталей потенциально может открыть новые возможности для активного укрепления синапсов при нейродегенеративных заболеваниях, когда они больше не функционируют должным образом.
Сигэмото добавляет: «Я в восторге от этой замечательной публикации, которая разъясняет механизм этого своеобразного явления в мозге».
