Calyx von Held: Der größte synapse könnte Licht auf neuropsychiatrische Erkrankungen

Menschen und die meisten Säugetiere können bestimmen, dass die räumliche Herkunft von Tönen mit bemerkenswerter Schärfe. Wir nutzen diese Möglichkeit die ganze Zeit-die Straße überqueren; die Ortung einer unsichtbaren Klingeln Handy in einen unordentlichen Schlafzimmer. Um dies zu erreichen kleine tägliche Wunder, das Gehirn entwickelt eine Schaltung, die schnell genug, zu erkennen, die kleine Zeitverzögerung, die Auftritt zwischen dem moment des auditorischen Informationen erreicht unsere Ohren, und in dem moment erreicht er den anderen. Der mastermind der Schaltung ist der „Kelch der Held,“ der größte bekannte synapse im Gehirn. EPFL-Wissenschaftler haben gezeigt, die Rolle, die ein bestimmtes protein spielt bei der Initiierung, das Wachstum dieser Riesen-Synapsen. Die Entdeckung, veröffentlicht in Nature Neuroscience, könnte auch Aufschluss über eine Reihe von neuropsychiatrischen Erkrankungen.

Enorme Synapsen ermöglichen eine schnellere Kommunikation

Normalerweise Neuronen Tausende von Kontaktpunkten – bekannt als Synapsen mit benachbarten Neuronen. Innerhalb einer bestimmten Frist, wird ein neuron hat erhalten mehrere Signale von seinen Nachbarn, um der Lage sein, um Feuer sein eigenes signal in response. Aufgrund dieser Informationen geht von neuron zu neuron in einer relativ zufällige Weise.

Im auditiven Teil des Gehirns, dies ist nicht der Fall. Synapsen wachsen oft zu sehr großen Größen, und diese Giganten sind bekannt als „Calyx of Held“ Synapsen. Weil Sie haben Hunderte von Kontaktstellen, die Sie in der Lage sind, überträgt ein signal allein zu einem benachbarten neuron. „Es ist fast wie peer-to-peer-Kommunikation zwischen den Nervenzellen“, erklärt EPFL-professor Ralf Schneggenburger, der die Studie leitete. Das Ergebnis ist, dass die Informationen verarbeitet, extrem schnell, in ein paar Bruchteile von Millisekunden, anstatt die langsamere Tempo von mehr als 10 Millisekunden, das Auftritt, in den meisten anderen neuronalen Schaltkreisen.

Die Identifizierung der protein

Zur Isolierung des proteins verantwortlich für die Kontrolle des Wachstums von diesem gigantischen synapse, mussten die Wissenschaftler führen akribischer Recherchen. Mit Methoden für die Analyse der Genexpression in Mäusen, Sie identifizierten mehrere Mitglieder der „BMP“ – Familie von Proteinen, die aus mehr als 20.000 möglichen Kandidaten.

Um zu überprüfen, hatten Sie sich wirklich identifiziert, das richtige protein, das die Forscher Behinderte BMP-protein-Rezeptoren im auditorischen Teil im Gehirn einer Maus. „Der daraus resultierende elektrophysiologische signal der Calyx von Held wurde erheblich verändert“, erklärt Le Xiao, ersten Autor auf der Studie. „Dies würde vorschlagen, einen großen anatomischen Unterschied.“

Die Wissenschaftler rekonstruierten die Synapsen in drei Dimensionen, die aus Schichten, die beobachtet wurden unter einem Elektronenmikroskop. Statt einer einzigen, massiven Calyx von Held, das würde umfassen fast die Hälfte des neuron, das 3D-Bild des Neurons zeigt deutlich mehrere kleine Synapsen. „Dies zeigt, dass der Prozess unter Beteiligung der BMP-protein verursacht nicht nur, dass eine synapse zu wachsen, sondern führt auch eine Auswahl, die durch die Beseitigung der anderen“, erklärt Schneggenburger.

Synaptischen Konnektivität, der Schlüssel zu vielen psychiatrischen Rätsel

Die Auswirkungen dieser Studie gehen weit über die Erhöhung unseres Verständnisses der auditiven system. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das BMP-protein spielt eine wichtige Rolle in der Entwicklung der Konnektivität im Gehirn. Schneggenburger und seine Kollegen untersuchen derzeit, seine Rolle, die anderswo im Gehirn. „Manche neuropsychiatrische Erkrankungen wie Schizophrenie und Autismus, sind charakterisiert durch die abnorme Entwicklung der synaptischen verbindungen in bestimmte wichtige Teile des Gehirns“, erklärt Schneggenburger. Durch die Identifizierung und Erläuterung der Rolle verschiedener Proteine in diesem Prozess, hoffen die Wissenschaftler in der Lage sein, um mehr Licht in diese schlecht verstanden Erkrankungen.

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