新的图像捕获看不见的突触的细节

科学家发明了最详细的3 d图像的突触,神经元相互通信的重要时刻通过化学信号的交换。这些纳米尺度模型将帮助科学家更好地理解和研究神经退行性疾病,如亨廷顿氏舞蹈病和精神分裂症。

这项新的研究发表在杂志上PNAS并由史蒂夫高盛领导的研究小组,医学博士,博士的副主任转化神经医学中心罗切斯特大学和哥本哈根大学的。研究结果代表一个重大技术成就,允许研究人员研究不同细胞聚集在单个突触的详细级别而不是以前可以实现的。

“是一回事,理解文学的突触的结构,但它是另一个单个细胞之间的相互作用的精确几何用你自己的眼睛,“说Abdellatif Benraiss,博士,副教授研究转化神经医学中心和这项研究的合著者。”的能力来衡量这些非常小的环境是一个年轻的领域,,并有可能促进我们理解许多神经退行性和突触功能的神经精神疾病。”

研究人员使用新技术比较健康的老鼠的大脑老鼠携带突变基因导致亨廷顿氏舞蹈症。先前的研究已经表明,在高盛的实验室不正常星形胶质细胞疾病起着关键的作用。星形胶质细胞是一个家庭的成员的支持细胞在大脑中称为神经胶质,并帮助维持适当的突触的化学环境。

研究人员专注于突触,涉及中带刺的运动神经元,这些细胞的进步的损失是亨廷顿氏舞蹈症的一个特点。研究者首先要识别突触隐藏在混乱的三个不同的细胞融合现场:pre-synaptic突从遥远的神经元;其目标,后突触中带刺的运动神经元;和邻近的星形胶质细胞的纤维的过程。

为此,研究者使用病毒来分配不同的荧光标记轴突,运动神经元和星形胶质细胞。然后删除了大脑,通过多光子显微镜成像领域的兴趣,并使用了一种叫做红外品牌,利用激光在脑组织中创建参考点,允许研究人员后来搬迁感兴趣的细胞。

然后检查大脑组织的团队使用一个串行block-face扫描电子显微镜位于哥本哈根大学,创建一个研究工具来研究大脑的最小的结构。设备使用一个钻石刀连续删除和图像超薄片大脑组织,创建3 d,纳米尺度的模型标记细胞在突触和他们的相互作用。

“模型揭示了几何和结构星形胶质细胞和突触合作之间的关系,这是很重要的,因为这些细胞突触必须以特定的方式互动,”卡洛斯·贝尼特斯维拉努埃瓦表示,博士学位,高级副转化神经医学中心和这项研究的第一作者。“这种方法使我们能够测量和描述突触环境的几何形状,和这样做的函数胶质疾病。”

健康小鼠的大脑中,团队发现病患过程与盘状突触和完全包围空间,创建一个紧密的纽带。相比之下,星形胶质细胞在亨廷顿的老鼠并不是在投资或有效隔绝突触,离开大缺口。这种结构性缺陷允许钾和glutamate-chemicals调节突触细胞泄漏之间的通信,可能扰乱正常的信息交流。

星形胶质细胞功能障碍与其他疾病有关,包括精神分裂症、肌萎缩性脊髓侧索硬化症,额颞叶痴呆。研究人员认为这种技术可以大大提高我们对这些疾病的精确结构基础的理解。特别是,他们指出,这种技术可以用来评估细胞替换策略的有效性,而取代患病与健康的神经胶质细胞,治疗这些疾病。

参考:维兰纽瓦CB, Stephensen HJT, Mokso R, Benraiss,斯波尔J,高盛股价。星形接触的层次的突触间隙中断在亨廷顿氏舞蹈症的小鼠模型。《美国国家科学院刊年代。120 (24):e2210719120。2023;doi:10.1073 / pnas.2210719120

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