Невролози от Института за обучение и памет Picower на MIT са открили, че протеинът действа като циферблат за освобождаване на невротрансмитери, химикалите, които невроните отделят чрез връзки, наречени синапси, за да стимулират мускулите или да комуникират с други неврони в мозъчните вериги.

идентифицира

Констатациите помагат да се обясни как работят синапсите и биха могли по-добре да информират разбирането за някои неврологични разстройства.

Работейки върху модела на плодови мухи, екипът установи, че протеинът Synaptotagmin 7 (SYT7), който също се среща при хора и други бозайници, ограничава броя и наличността на съдържащи невротрансмитер петна, наречени везикули, за освобождаване в синапса.

Невроните разполагат везикули на места, наречени „активни зони“, за да ги пуснат през синапсите, процес, наречен „сливане на везикули“. Когато учените намалиха SYT7, те видяха много повече освобождаване на невротрансмитери в синапсите. Когато те увеличиха протеина, освобождаването на невротрансмитери намаля значително.

Можете да мислите за това почти като за избор на сила на звука на радиото. Ако невронът иска да изпрати повече сигнал, всичко, което трябва да направи, е основно да намали нивата на SYT7 протеин, който произвежда. Това е много елегантен начин за невроните да увеличат или намалят количеството продукция, която дават.

Трой Литълтън, професор по неврология, катедри по биология и мозък и когнитивни науки, MIT

Съвместни автори на изследването са Жуо Гуан, учен-изследовател, и Моника К. Куиньонес-Фриас, които успешно защитиха докторската си дисертация върху работата на 4 май. Тя отбеляза, че действайки като този циферблат за обем, протеинът може да промени естеството на дейността на синапса във верига, свойство, наречено „синаптична пластичност“.

"Syt7 регулира невротрансмисията по зависим от дозата начин и може да действа като превключвател за краткосрочна синаптична пластичност", каза Quiñones-Frías.

Ученият Юлия Акбергенова също е съавтор на изследването, публикувано в eLife.

Синаптична изненада

Колкото и да са важни, констатациите от проучването не са тези, които екипът първоначално е търсил.

От десетилетия невролозите знаят, че семейството на синаптотагмин протеин играе ключова роля в синаптичната функция. Всъщност докторската дисертация на Littleton от 1993 г. показва, че SYT1 насърчава бързо освобождаване на невротрансмитери, когато се задейства от приток на калциеви йони.

Но дори и при деактивиран SYT1, синапсите все пак могат да освобождават невротрансмитери на по-бавен времеви интервал. Никой не е открил какво насърчава това последващо по-бавно освобождаване, но много учени са полагали надеждите си да бъде SYT7.

Това е нещо, което цялото поле, включително лабораторията ми, наистина търси. Така че беше истинска изненада, когато го нокаутирахме и видяхме точно обратното на това, което очаквахме.

Трой Литълтън, професор по неврология, катедри по биология и мозък и когнитивни науки, MIT

Мутанти и микроскопи

За да проучи SYT7, екипът фокусира своите експерименти върху синапси в добре характеризиран локал: връзката между неврон на муха и мускул. Екипът не само искаше да види какви разлики би имало промяната в нивата на протеина в синаптичната активност там, но и да проследи как е направил тези разлики.

Те променят количеството SYT7, което невронът може да произведе чрез мутиране и размножаване на мухи, при които генът е напълно елиминиран, само едно копие може да бъде изразено или в което генът е свръхекспресиран, произвеждайки повече SYT7 от нормалното. За всяка от тези мухопроводи те измериха изненадващата обратна връзка между SYT7 и синаптично предаване.

Свързани истории

Също така, използвайки техника, измислена от лабораторията за визуално маркиране на освобождаването на невротрансмитер всеки път, когато това се случи, те картографират колко активни са отделните синапси в невронно-мускулната връзка с времето. При мухи, проектирани да произвеждат по-малко SYT7, те виждат много повече синапси с висока склонност към освобождаване, отколкото при нормалните мухи.

След като потвърдиха ограничителната роля на SYT7, естественият въпрос беше как SYT7 ограничава освобождаването на невротрансмитер. В крайна сметка синапсите са много сложни и ключовите аспекти на ролята на SYT7 в тази машина все още трябва да бъдат характеризирани.

Когато сравняват синапсите при нормални мухи и липсващите SYT7, те не виждат големи разлики в анатомията или притока на калций, които могат да обяснят как SYT7 работи за ограничаване на освобождаването.

След това те насочиха вниманието си към цикъла, при който везикулите освобождават своите невротрансмитерни товари и след това се изпращат обратно в клетката, за да се напълнят отново с невротрансмитер, преди да се присъединят към пула от везикули, готови за преразпределение. Техните експерименти показват, че невроните, които нямат SYT7, не рециклират везикулите по различен начин, но въпреки това те имат повече везикули в лесно освободимия басейн (RRP).

Освен това мутантите, при които SYT7 е свръхекспресиран, значително ограничават везикулите в този басейн.

"SYT7 ограничава освобождаването по чувствителен на дозата начин, като негативно регулира броя на синаптичните везикули, налични за сливане и забавя възстановяването на RRP след стимулация", те определят.

Последната стъпка беше да се открие къде SYT7 се намира в синаптичната машина. Под микроскопа те успяха да го закрепят в мрежа от тръби около, но не в активните зони. Гледната точка е точно там, където се намират и други протеини, регулиращи трафика на везикули, което дава на SYT7 ясна възможност да взаимодейства с тези протеини, за да регулира връщането на везикулите в активните зони.

Последици за болестта и пластичността

Разбирането на повече за ролята на SYT7 в синапса при бозайниците може да има значение по няколко начина, каза Литълтън. Преди две години изследователите показаха, че протеинът е намален при мишки, които крият генетична причина за болестта на Алцхаймер.

А през февруари друга статия показа, че пациентите с биполярно разстройство показват по-ниски нива на протеина, отколкото хората, които нямат разстройството. Мишки с нокаутиран SYT7 показаха някои маниакални и депресивни поведения.

По-фундаментално, Littleton и Quiñones-Frías казаха, че гъвкавостта или пластичността могат да си позволят. Тъй като SYT7 регулира освобождаването на невротрансмитери, като забавя повторното снабдяване на освобождаемите везикули, увеличаването на неговите нива може да трансформира синапса от вида, който изпраща големи изблици на сигнал (и следователно предава повече информация) в началото и след това излиза в такъв, който изгражда своя сигнал с течение на времето.

Такива разграничения във времето за освобождаване могат да направят важни разлики в обработката на информация за веригата в мозъка.

Въпреки че екипът успя да идентифицира ефекта на SYT7 върху синапсите и да покаже ключови аспекти на това как функционира, те все още се надяват да определят точния механизъм, който позволява на протеина да затвори сливането на везикули. Тази работа продължава.