Bilo da uzimate mali predmet kao što je olovka ili koordiniše različite delove tela, mali mozak u mozgu obavlja osnovne funkcije za kontrolu našeg pokreta. Istraživači sa Instituta za nauku i tehnologiju Austrije (ISTA) istraživali su kako funkcioniše i razvija ključni skup sinapsi između neurona unutar njega. Njihovi nalazi su sada objavljeni u časopisu Neuron.
Čak i ako ne razmišljate o tome, svakodnevno koristite zamršena kola neurona u svom mozgu da izvodite zapanjujuće delikatne pokrete svojim telom. Jedna suštinska jedinica u ovome je mali mozak koji igra ključnu ulogu u finoj motoričkoj kontroli, koordinaciji i vremenu.
„Svaki put kada idem da se penjem, koristim složene strukture u vezama između neurona — sinapsi — u mom malom mozgu. U ovom projektu, želeli smo da razumemo kako one zapravo funkcionišu,“ Piter Jonas, Magdalena Valc profesor za životne nauke na Institut za nauku i tehnologiju Austrije (ISTA), povezuje svoja istraživanja sa svojim svakodnevnim iskustvima.
U novoj studiji, objavljenoj u časopisu Neuron i koju vodi dr. student Jingjing Chen iz Jonasove istraživačke grupe i Valter Kaufmann iz ISTA-e Ustanove za elektronsku mikroskopiju uz ključnu podršku ISTA-inog profesora Riuichi Shigemotoa, naučnici otkrivaju neke od ključnih mehanizama u sinapsama malog mozga.
„Mali mozak prima mnogo ulaza iz drugih delova mozga i od senzornih sistema, ali njegovi izlazni signali koji kontrolišu kretanje prolaze kroz kritičnu vrstu neurona zvanu Purkinjeova ćelija“, objašnjava Čen. „A zauzvrat, sve ove Purkinje ćelije dobijaju mnogo signala od drugih neurona u malom mozgu kroz svoje ulazne sinapse. Pogledali smo specifičnu vrstu sinapse koja inhibira aktivnost Purkinje ćelija i igra ključnu ulogu u kontroli njihovog izlaza. signali“.
Purkinjeove ćelije u malom mozgu čine usko grlo za signale kontrole motora, ali mnogi aspekti kako se to postiže na molekularnom i ćelijskom nivou ostali su nejasni. U svojoj studiji, istraživači su sada otkrili detalje o inhibitornim sinapsama ćelija.
Istraživači su koristili snimanje subcelularnim patch stezaljkama, vođeni naprednom tehnikom svetlosne mikroskopije koja se zove onlajn konfokalna slika, kako bi detaljno pogledali funkciju ovih sinapsi. Paralelno, koristili su elektronsku mikroskopiju za proučavanje strukture sinapsi u najvećoj mogućoj rezoluciji.
Neke od karakteristika koje su gledali su veličine samo nekoliko nanometara — milionitih delova milimetra. Čen i njene kolege merile su različite parametre sinapsi, kao što su gde i koliko često se neurotransmiteri oslobađaju, kao i veličinu malih mehurića koji sadrže neurotransmitere kako bi napravili kompjuterski model celog procesa. To su uradili sa neuronima iz mozga miševa u različitim godinama da bi razumeli njihov razvoj tokom vremena.
Jonas, koji je razvio kompjuterski model, dodaje: „Izgradnja modela vam omogućava da pravilno razumete sistem i takođe pokreće nove ideje za buduće eksperimente. Međutim, morate biti oprezni i zadržati ga u stvarnosti pomoću eksperimentalnih podataka.“
Sa svojim kompjuterskim modelom koji simulira šta se dešava u različitim fazama razvoja od ranog do odraslog doba, naučnici su mogli da vide kako inhibitorne sinapse Purkinje ćelija u malom mozgu delikatno utiču na izlaz signala ćelije omogućavajući finu kontrolu motoričkih veština.
Struktura u nastajanju
„Otkrili smo da su u ranom uzrastu svi mehanizmi u sinapsi prilično nasumično organizovani i da nisu toliko tačni u svojim funkcijama“, objašnjava rezultate Kaufman, koji se pridružio ISTA kao jedan od prvih naučnika pre desetak godina. . „Kako kolo sazreva, sinapsa postaje više strukturirana, približavajući se konfiguraciji od tačke do tačke, i na taj način dostiže viši nivo funkcionalne preciznosti.“
Čen, koja želi da nastavi svoj rad na malom mozgu nakon što je doktorirala, dodaje: „Teška stvar je bila to što ne možemo samo direktno pitati ćelije kako rade. Umesto toga, moramo da pravimo snimke – što znači merenja – na različitim faze razvoja i deducirati procese i ukupnu strukturu iza njih“.
Razumevanje ove vrste sinapse nije samo vredan poduhvat u fundamentalnoj nauci, već bi u budućnosti moglo čak pomoći istraživačima da se pozabave neurološkim bolestima čiji uzrok leži u neispravnom funkcionisanju sinapsi u mozgu.
Jonas dodaje: „Ovaj projekat je stvorio most između biofizičkih svojstava sinapsi i onoga što zapravo možemo posmatrati pod mikroskopom.“
„To je veliki korak napred u razumevanju detalja o tome kako nam mali mozak pomaže da kontrolišemo i koordiniramo naše kretanje. U početku, potrebni eksperimenti su izgledali nemogući, ali uz podršku Riuichi Shigemotoa, kao i naših predanih kolega iz Jonas grupe i jedinicama naučne službe, uspeli smo da svoje razumevanje ovih ključnih sinapsi dovedemo do tačke.“
