Constricțiile dendritice recente relevă complexitatea ascunsă a semnalizării neuronale
Neuronii primesc mii de semnale prin extensii asemănătoare copacilor, numite dendrite. Până acum, aceste dendrite erau considerate cabluri relativ netede care conduc semnalele electrice către corpul celular. O echipă internațională de cercetători, condusă de Spitalul Universitar din Bonn (UKB), Universitatea din Bonn și DZNE, a descoperit că această imagine este incompletă. Folosind diverse tehnici avansate de microscopie, au identificat constricții minuscule, anterior neobservate, de-a lungul dendritelor. Aceste structuri noi, denumite constricții ale axului dendritic, au o lățime de câteva sute de nanometri – de aproximativ 500 până la 1.000 de ori mai subțiri decât un fir de păr uman – și apar în diferite tipuri de neuroni din creierul atât al șoarecilor, cât și al oamenilor. Rezultatele studiului au fost publicate în revista Science Advances.
Proiecțiile mici asemănătoare copacilor, cunoscute sub numele de dendrite, funcționează ca antenele de receptare ale neuronilor. Acestea captează semnalele electrice de la alte celule nervoase și transmit informația către corpul celular, dendritele având spini care servesc drept puncte de contact pentru alți neuroni. Astfel, dendritele facilitează comunicarea în cadrul sistemului nervos. Datorită capacității lor de a-și modifica forma și numărul ramificațiilor pentru a stoca informații noi, ele joacă, de asemenea, un rol central în plasticitatea neurală, fiind esențiale în procesele de învățare și memorie.
Structura dendritelor este strâns legată de funcția lor. Spinele dendritice, cu capete bulbucite conectate la dendrită printr-un gât subțire, sunt exemple tipice în acest sens. Cu diametre care variază de la câteva zeci la câteva sute de nanometri, gâturile spinelor formează compartimente esențiale pentru funcționare și plasticitate. În contrast, axele dendritice au fost interpretate tradițional ca fiind cabluri netede și continue.
„În timp ce spinele dendritice sunt cunoscute de mult datorită prevalenței lor, constricțiile în diametrul axului pe care le-am descoperit nu au fost documentate până acum. Un alt factor a fost că diametrul acestor constricții variază de la câteva zeci la câteva sute de nanometri, ceea ce se află sub limita de rezoluție a microscopiei optice convenționale”, afirmă autorul principal Dr. Tony Kelly. „Chiar și în seturile de date ale microscopiei electronice de înaltă rezoluție, aceste variații locale de diametru au fost considerate până acum ca fiind neregularități aleatorii, mai degrabă decât structuri biologic semnificative.”
În colaborare cu numeroși experți în microscopie de înaltă rezoluție, echipa de cercetare a reușit să identifice constricții localizate în diametrul axului dendritic, pe care îi numesc constricții ale axului dendritic (DSC). Folosind o combinație de tehnici de imagistică de înaltă rezoluție, inclusiv microscopie de expansiune, microscopie STED, microscopie cu sondă de scanare și microscopie electronică în serie, ei demonstrează că dendritele din neuronii atât ai șoarecilor, cât și ai oamenilor prezintă constricții localizate în domeniul nanoscalei de-a lungul axelor lor. Simulările pe computer și experimentele sugerează că aceste constricții pot diviza dendritele în compartimente electrice mici. Semnalele care ajung dincolo de o constricție pot deveni mai puternice local, în timp ce sunt transmise mai puțin eficient către corpul celular. Acest lucru favorizează, de asemenea, activarea receptorilor NMDA, care sunt importanți pentru modificările în forța sinaptică și pentru procesele de învățare.
„Descoperirile noastre dezvăluie, prin urmare, o caracteristică structurală anterior necunoscută, care ar putea permite dendritelor individuale să proceseze informația local, mai degrabă decât să o transmită pur și simplu”, spune autorul final, Prof. Beck. „Constricțiile axului dendritic ar putea reprezenta un nou element fundamental în modul în care neuronii realizează calcule complexe, deși rolul lor biologic precis și modul în care se formează rămân de determinat.”
