La unión de la estructura y la función de las sinapsis es un desafío: la función se estudia en el tejido vivo, midiendo las señales eléctricas con una precisión de milisegundos con electrofisiología, mientras que la observación de la estructura fina a escala nanométrica requiere la fijación del tejido para microscopía electrónica. Peter Jonas, profesor deEl Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria IST Austria, y los miembros de su grupo, los primeros autores Carolina Borges-Merjane postdoc y Olena Kim estudiante de doctorado, han desarrollado un método llamado "flash and freeze" para estudiar la estructura yfunción de sinapsis en circuitos neuronales intactos en cortes cerebrales de mamíferos.
El método hace visibles los cambios estructurales durante la señalización
"Destello y congelación" se refiere al destello de luz utilizado para estimular las neuronas, seguido de la congelación inmediata del tejido para fijarlo en su estado más nativo. Peter Jonas resume el desafío: "En su mayoría hacemos experimentos imposibles en elJonas lab, y la nueva investigación cae exactamente en esta categoría. Aquí, tomamos una sinapsis, la estimulamos con luz y, en milisegundos, la disparamos a una cámara que congela la estructura a menos 196 grados Celsius y a una presión de 2,000 bar"La muestra se deja caer en un tanque de nitrógeno líquido y se prepara para su análisis por microscopía electrónica.
Esta configuración permite a los neurocientíficos estimular las neuronas y congelar el tejido inmediatamente después para su análisis por microscopía electrónica, de modo que los cambios en la anatomía inmediatamente después de la estimulación sean visibles. "Es una forma muy dinámica de estudiar las sinapsis", explica Carolina Borges-Merjane, "podemos flashear y luego congelarnos de inmediato o esperar unos milisegundos o incluso segundos. Al tomar varias instantáneas de este tipo, revelamos el curso temporal de los cambios estructurales que ocurren durante la transmisión sináptica". En una serie paralela de experimentos de electrofisiología en tejidos vivos, los investigadores caracterizaron la dinámica funcional del mismo tipo de sinapsis. Al integrar estos conjuntos de datos, muestran cómo los cambios estructurales dan lugar a la función observada.
Función retenida en redes intactas
El método presentado por el grupo Jonas es una modificación del protocolo "flash and freeze" utilizado inicialmente para estudiar las neuronas del gusano Caenorhabditis elegans y neuronas de mamíferos aisladas o disociadas individualmente. La diferencia: el método recientemente informado utiliza cortes del cerebro del ratón, en los que las redes neuronales permanecen en gran parte intactas y vivas. "La función de las neuronas generalmente se estudia en cortes de tejido cerebral, en los quelas redes permanecen intactas. La estructura sináptica generalmente se estudia en muestras químicamente fijas o, como se hizo previamente con flash y congelación, con neuronas disociadas. Con nuestro método, ahora podemos usar el mismo tipo de preparación utilizada para estudiar la función sináptica para estudiar simultáneamente la estructura,"Olena Kim señala. Los autores también demostraron que el método es ampliamente aplicable a diferentes regiones del cerebro y, por lo tanto, puede usarse en estudios de una variedad de sinapsis en el cerebro".
Se demuestra la identidad cercana de los grupos de vesículas definidos estructural y funcionalmente
En un experimento de prueba de principio, los investigadores analizaron grupos de vesículas en una sinapsis cortical. Estas vesículas contienen los neurotransmisores que transfieren señales a la neurona vecina. Descubrieron que el grupo "atracado" estructuralmente definido y el funcionalmente definido "El conjunto de vesículas sinápticas fácilmente liberables, de hecho, se revela que son casi iguales, una vez observadas y analizadas utilizando su nuevo método integrado. "Esto nunca se ha demostrado directamente. Interpretamos nuestros resultados como el significado de que las vesículas se fusionan e integran con el plasmamembrana ", explica Jonas." Nuestro hallazgo subraya la importancia de extender los estudios de estructura y función a los circuitos corticales ".
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Materiales proporcionado por Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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