Об учёном и жемчуге: это открытие изменит учебники по нейробиологии

Недавние исследования ученых из Университета Джонса Хопкинса показали, что аксоны в клетках мозга выглядят не как гладкие трубки, а скорее как нить жемчуга. Это открытие, основанное на передовых методах визуализации и моделирования, проливающее новый свет на физические и мембранные свойства аксонов, вызывает сомнения в устоявшихся представлениях и открывает новые возможности для понимания мозговой сигнализации и нейродегенеративных заболеваний.

Фото: Pixexid by Unreal, https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Замороженный мозг

В своем исследовании ученые обнаружили, что аксоны, структуры в клетках мозга, играющие ключевую роль в передаче информации между нейронами, не являются цилиндрическими трубками, как изображается в учебниках и интернет-ресурсах. Скорее, они представляют собой жемчужины на нитке. Это новое понимание может потребовать пересмотра текущих учебных материалов.

Доцент кафедры клеточной биологии и нейробиологии Шигеки Ватанабе подчеркивает важность этого открытия. Понимание структуры аксонов имеет фундаментальное значение для понимания передачи сигналов в клетках мозга и обеспечения таких функций, как обучение и память. Исследователи также обнаружили, что жемчужины в аксонах, известные как аксонные бусы, часто появляются в умирающих клетках мозга, у пациентов с болезнью Паркинсона и другими нейродегенеративными заболеваниями.

Для получения более точных данных ученые применили замораживающую электронную микроскопию высокого давления, что позволило им детально изучить аксоны в нейронах мышей. Это новое видение аксонов в форме пузырьков и грушевидных образований, которые они назвали "несинаптическими варикозами", подтолкнуло ученых к дальнейшим экспериментам.

Ключевым аспектом исследования стало использование математического моделирования для выяснения влияния мембраны аксона на его форму и жемчужины на нитке. Результаты показали, что простые механические модели могут объяснить эти структуры, а также влияние концентрации сахаров и натяжения мембран на размер жемчужных образований.

Продолжая свои исследования, ученые обнаружили, что жемчужные структуры могут изменять свои размеры под влиянием электрической стимуляции и изменения свойств мембраны. В частности, удаление холестерина из мембраны нейронов привело к снижению образования жемчужин и уменьшению скорости передачи электрических сигналов.

Далее планируется исследование аксонов в тканях человеческого мозга, что позволит проверить гипотезы, полученные на мышах, и лучше понять механизмы нейродегенеративных заболеваний. Это исследование получило поддержку в виде гранта от Национального института психического здоровья.

Уточнения

Аксон — нейрит (длинный цилиндрический отросток нервной клетки), по которому нервные импульсы идут от тела клетки (сомы) к иннервируемым органам и другим нервным клеткам.