Mechanismus ‚Kiss-shrink-run‘ řeší záhadu neurotransmise

Výzkumný tým vyřešil 50 let starou kontroverzi v neurovědách. Použitím samostatně vyvinuté, časově rozlišené techniky kryo-elektronové tomografie (cryo-ET) tým vedený prof. Bi Guo-Qiangem z University of Science and Technology of China (USTC) Čínské akademie věd (CAS), ve spolupráci s několika domácími a mezinárodními institucemi, načrtl složitou choreografii (SV) rychlého uvolnění a recyklace synaptického systému. neurální komunikace.

Jejich zjištění, která zavádějí nový biofyzikální mechanismus nazvaný „Kiss-shrink-run“, byly zveřejněno v Věda.

Funkce našeho mozku závisí na účinném a přesném synaptickém přenosu mezi neurony. Když elektrický signálznámý jako akční potenciál, dosáhne terminálu neuronu, SV uvolní neurotransmitery, aby přenesly informace přes synapsi.

Vzhledem k technickým omezením však zůstaly biofyzikální mechanismy, jimiž se tento proces řídí, pouze částečně pochopeny, s dlouhodobou debatou o existenci přechodné fúze „kiss-and-run“ versus nevratné fúze „úplného kolapsu“ v centrálních synapsích.

K řešení této výzvy tým vyvinul časově rozlišenou metodu buněčné kryo-elektronové tomografie (cryo-ET) integrací optogenetické stimulace (světlem řízená nervová aktivace) s vysokorychlostním ponorným zmrazením pro zachycení snímků kultivovaných neuronálních synapsí.

Pomocí této techniky získali přes 1 000 tomogramů neporušených excitačních synapsí, zmrazených v časových bodech v rozmezí od 0 do 300 milisekund po akčním potenciálu.

Prostřednictvím podrobných strukturálních a statistických analýz tým zrekonstruoval kompletní časovou osu váček exocytóza a rychlá recyklace: do 4 milisekund poté akční potenciálváček nejprve splyne s presynaptickou membránou a vytvoří ~4 nanometrový fúzní pór („polibek“), poté se stáhne do malého váčku s polovinou svého původního povrchu („smrští se“).

Po 70 milisekundách se většina těchto malých váčků začne recyklovat cestou „běhu“, zatímco zbývající podstoupí „úplný kolaps“ fúze s presynaptickou membránou.

Tato práce převrací klasickou dichotomii: vydání SV není ani čisté kiss-and-run, ani full-collapse, ale zahrnuje klíčovou fázi smršťování. Mechanismus „kiss-shrink-run“ sjednocuje dlouho diskutované modely a poskytuje strukturální základ pro efektivitu a věrnost synaptického přenosu. Nabízí také nový pohled na neurotransmisi, synaptickou plasticitua související mozkové funkce a nemoci.

Paralelně tato technologie vytváří rámec in situ pro zkoumání membránové dynamiky a molekulárních interakcí s vysokou časoprostorovou přesností.