Recikliranje je dostupno i u sinapsama

Istraživači otkrivaju ključni mehanizam u stvaranju živčanih impulsa

Živčane stanice pod fluorescentnim mikroskopom (sinapse u zelenom) © V. Haucke / Freie Universität Berlin
čitati naglas

Živčane stanice mogu slati signale do 200 puta u sekundi, prenoseći informacije drugim neuronima u točkama našeg živčanog sustava, sinapsama. Kako su ta izvedba izdržljivosti moguća u detalje, saznali su berlinski istraživači. Naišli su na postupak recikliranja koji sprječava da živčane stanice postanu "umorne" tijekom duže uporabe.

I dalje zvuči pomalo kao znanstvena fantastika: Istraživač želi znati što se događa u čovjeku, a on jednostavno gleda u svoje tijelo čudesnim uređajem. Ispituje stanice, zumira pojedine molekule i promatra njihova kretanja.

Zapravo, svakodnevica istraživača već se približila utopiji. Kad Volker Haucke pogleda u svoj fluorescentni mikroskop u podrumskoj prostoriji Instituta za kemiju i biokemiju na Slobodnom sveučilištu u Berlinu, on može promatrati molekularna zbivanja u živim stanicama: "Molekulima praktički možemo dočekati rukovanje", kaže ćelijski biolog njegovo istraživanje.

Trik je ciljati specifične molekule fluorescentnom bojom, što ni na koji način ne ometa njihovu normalnu funkciju. Ako potom zračite stanice koje lebde u hranjivoj otopini svjetlošću određene valne duljine, tada se molekule svijetle i šalju natrag svjetlo druge boje.

Mikroskopi špijuniraju pojedine molekule

Mikroskopi su sada toliko osjetljivi da čak i najbolji mogu otkriti pojedine molekule na ovaj način. Čak je i snimanje filmova moguće tehnikom. Uređaji pružaju pogled na tisuću različitih proteina - svaki od njih ima svoju vitalnu ulogu u složenoj kemijskoj koreografiji stanica koja stvara čitave organizme i u konačnici misleća, živa bića. prikaz

Na ovaj su način Haucke i njegov mladi tim upravo otkrili novog glumca: Molekula „Stonin 2“ pomaže osigurati da živčane stanice mogu trajno prenositi podražaje, a da pritom ne budu umorne tijekom duže uporabe. Slična molekula je poznata već kod voćnih muha - ako je u njima proteinska molekula „Kamenovana“ oštećena mutacijom, zatim očvrsne muhe pod određenim uvjetima kao fosilizirane.

Stonin 2 se nalazi u ljudi, posebno u mozgu i tamo u hipokampusu, području mozga koji je odgovoran za učenje i pamćenje. Što molekula tamo radi, ali točno, do sada je bilo nejasno. Sada je Volker Haucke u suradnji s J rgenom Klingaufom iz Instituta Max Planck za biofizičku kemiju u G ttingenu postigao odlučujući snimak i time osvjetljavao još uvijek nepotvrđeni postupak u njegovom stvaranju. dovedeni živčanim impulsima.

Signali svakih pet milisekundi

Svaka od stotinu milijardi moždanih živčanih stanica ostvaruje kontakt s drugim stanicama na čak 10 000 mjesta. Na tim dodirnim mjestima sinapse, stanice gotovo, ali ne sasvim, dodiruju - ostaje maleni jaz između njih. Dolazni električni signal mora se prevesti u kemijsku poruku. Živčana stanica isključuje neurotransmitere koje prepoznaju susjedne stanice. Glasnici se u početku pakuju u sićušne žuljeve unutar ćelije. Kad postoji signal, mjehurići se stapaju s vanjskom kožom stanice i, kao da guraju svoje unutrašnjosti prema van. Ta fuzija je posredovana, između ostalog, molekulom proteina nazvanom sinaptotagmin, koja sjedi u mutnoj membrani iz koje nastaju mjehuri.

Problem s tim je što živčane stanice mogu slati signale svakih pet milisekundi, a svaki put se isti postupak iznova pokreće. Ubrzo bi se svi mjehurići ispunjeni neurotransmiterima iscrpili.

Proces recikliranja traje 60 sekundi

Rješenje se sastoji od brzog postupka recikliranja: baš kako se mjehurići iz unutrašnjosti stanice stapaju s staničnom membranom, tako se i oni ponovno odvajaju i migriraju u ćeliju ck i dopunjavaju se. Praktično je da se s tim potrebnim Synaptotagminom ponovno sakuplja, a u ovom trenutku dolazi otkrivena Haucke upotrebom Stonina 2. Unutar stanice se veže specifično za navoje u vanjskoj koži Synaptotagmin i ubrzava time postupak recikliranja. "Cijeli ciklus ne traje duže od 60 sekundi, " kaže Haucke, "smatramo protokom ravnoteže koji djeluje brzo i istodobno vrlo selektivno."

U sljedećem koraku Haucke želi otkriti kakvu ulogu igra Stonin 2 u razmišljanju. Bez sinaptotagmina, sisavci ne mogu preživjeti, pa čak i mali nedostaci kod ljudi mogu dovesti do motoričkih poremećaja ili shizofrenije. Uloga Stonina 2 čini se suptilnijom.

"Možda bi ljudski mozak bez Stonina 2 bio preopterećen intenzivnim podražajima, možda bi došlo do epileptičnih napadaja", nagađa Haucke. Zagonetka višeg razmišljanja zagonetka je koja još nije riješena - sa Stonin 2, istraživači su na svom dugom putu prošli dug put.

(idw - Slobodno sveučilište u Berlinu, 10.02.2006. - DLO)