Исследователи использовали метод визуализации с высоким разрешением, чтобы зафиксировать динамику синаптических пузырьков в срезах мозга мышей и человека. Источник изображения:©iStock.com, Артур Плавго

Синаптические пузырьки действуют как химические курьеры мозга, перенося нейромедиаторы между клетками. Когда поступает нервный импульс, эти пузырьки сливаются с мембраной нейрона и высвобождают нейромедиаторы в синаптическую щель — крошечное пространство между нейронами. При нейродегенеративных заболеваниях, таких как спорадическая болезнь Паркинсона, этот процесс может нарушаться.

Эта проблема побудила Сигэки Ватанабэ, молекулярного нейробиолога из Университета Джонса Хопкинса, использовать технологию «заморозки и оттаивания» для более детального изучения синапса, или точки соединения.¹ Ранее он использовал этот подход, чтобы понять, как ключевой белок удерживает эти везикулы внутри клетки мозга до тех пор, пока они не будут готовы к высвобождению.²

В новом исследовании, опубликованном в Neuron, Ватанабэ и его коллеги продемонстрировали, что синаптические пузырьки могут быстро восстанавливаться как в мозге мышей, так и в мозге человека, отчасти благодаря наличию белка Dynamin 1xA.³ Эти результаты позволяют глубже понять активность синаптических мембран и могут способствовать разработке методов лечения когнитивных расстройств.

Метод «заморозки и стимуляции» заключается в использовании электрического импульса для стимуляции нейронов, а затем в быстрой заморозке тканей для фиксации движения клеток с помощью электронной микроскопии с разрешением в миллисекунды и нанометры. Чтобы проверить этот метод на срезах мозга, команда сначала изучила кальциевый сигнал — процесс, который запускает высвобождение нейромедиаторов, — в образцах мозга мышей. Когда исследователи стимулировали срезы мозга, они визуализировали, как нейроны перерабатывают использованные синаптические пузырьки. Эта рециркуляция происходит посредством эндоцитоза, когда после высвобождения нейромедиаторов образуются новые везикулы с оболочкой или без неё, а клеточная мембрана рядом с этой активной зоной впячивается в нейрон, чтобы его можно было использовать повторно.

Наиболее распространённой формой эндоцитоза в клетке является клатрин-опосредованный эндоцитоз. Однако это медленный процесс рециркуляции, в ходе которого на плазматической мембране образуются везикулы, покрытые клатрином. Примечательно, что рециркуляция, которую наблюдали исследователи, происходила сверхбыстро после однократного воздействия стимула, и они заметили, что в активной зоне вокруг неё появлялись везикулы без покрытия.

Поскольку для рециркуляции синаптических пузырьков посредством сверхбыстрого эндоцитоза не требуется клатрин, исследователи более подробно изучили белки, которые помогают осуществлять этот процесс. Они обнаружили скопления белка Dynamin 1xA, необходимого для этого этапа рециркуляции, вдоль мембраны, где предположительно происходит сверхбыстрый эндоцитоз.

Чтобы выяснить, сохраняется ли эта особенность у людей, команда применила этот метод к образцам мозговой ткани людей, страдающих эпилепсией. Они сравнили стимулированные и не стимулированные (контрольные) срезы. Как и в образцах мышиной мозговой ткани, в образцах человеческой мозговой ткани наблюдался тот же путь рециркуляции синаптических пузырьков с участием Dynamin 1xA.

Вдохновлённый этими результатами, Ватанабэ намерен расширить область применения этого метода для изучения динамики синаптических пузырьков в образцах мозговой ткани пациентов с болезнью Паркинсона, которым проводится глубокая стимуляция тканей мозга.

«Мы надеемся, что этот новый метод визуализации динамики синаптических мембран в образцах живой мозговой ткани поможет нам понять сходства и различия между ненаследственными и наследственными формами заболевания», — сказал Ватанабэ в заявлении.

Ссылки:

1. Ватанабэ С. Flash-and-freeze: координация оптогенетической стимуляции с быстрым замораживанием для визуализации динамики мембран в синапсах с миллисекундным разрешением. Front SynapticNeurosci. 2016;8:24.
2. Огунмово Т. Х. и др. Конденсаты интерсектина и эндофилина подготавливают синаптические пузырьки к пополнению в местах высвобождения. Nat Neurosci. 2025;28:1649-1662.
3. Эддингс К. Р. и др. Ультраструктурная динамика мембран синапсов коры головного мозга мыши и человека. Neuron. 2025.