Osservare le sinapsi al lavoro
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Il momento in cui una cellula nervosa rilascia i suoi neurotrasmettitori nella fessura sinaptica è estremamente breve. I ricercatori della Charité - Universitätsmedizin Berlin e del Centro Max Delbrück sono riusciti a catturare questo momento al microscopio. Le immagini della fusione delle vescicole sono state pubblicate sulla rivista Nature Communications.
Il processo richiede solo pochi millisecondi: Una vescicola, piena di neurotrasmettitori e grande solo pochi nanometri, si avvicina alla membrana cellulare, si fonde con essa e rilascia le sue sostanze messaggere nella fessura sinaptica, in modo che possano attaccarsi alla cellula nervosa successiva. Un team guidato dal Prof. Christian Rosenmund, ultimo autore della pubblicazione e vicedirettore dell'Istituto di Neurofisiologia della Charité, ha catturato questo momento cruciale per il lavoro del cervello in immagini microscopiche.
Connessioni a forma di punti
"Finora nessuno sapeva come avvenisse nel dettaglio la fusione delle vescicole sinaptiche con la membrana cellulare", afferma la prima autrice dello studio, la dott.ssa Jana Kroll, che ora è ricercatrice nel gruppo di lavoro "Structural Biology of Membrane-Associated Processes" del prof. Oliver Daumke presso il Centro Max Delbrück. "Nei nostri esperimenti con i neuroni di topo, siamo riusciti a dimostrare che si forma prima una connessione puntiforme. Questo piccolo peduncolo si espande poi in un poro attraverso il quale i neurotrasmettitori entrano nella fessura sinaptica", spiega Jana Kroll.
"Con l'aiuto della tecnologia sviluppata in cinque anni, è stato possibile per la prima volta osservare le sinapsi al lavoro senza disturbarle", aggiunge Christian Rosenmund. "Jana Kroll ha svolto un vero e proprio lavoro pionieristico", afferma lo scienziato, che è anche membro del consiglio di amministrazione del Cluster di eccellenza NeuroCure.
Congelati in etano
Per osservare le sinapsi in tempo reale, i ricercatori hanno utilizzato cellule nervose di topo precedentemente modificate con l'optogenetica, in modo che le cellule venissero attivate da un segnale luminoso e iniziassero immediatamente a rilasciare neurotrasmettitori. Nel giro di uno o due millisecondi, il team ha poi congelato i neuroni in etano a meno 180 gradi Celsius. "Tutti i processi cellulari si arrestano immediatamente durante questo processo, il congelamento a immersione, e possono essere visualizzati con la microscopia elettronica", spiega Jana Kroll.
Gli scienziati hanno scoperto un altro dettaglio interessante: "Siamo riusciti a riconoscere che la maggior parte delle vescicole che si fondono sono collegate ad almeno un'altra vescicola tramite piccoli filamenti: non appena una vescicola si fonde con la membrana cellulare, la successiva è pronta a partire", riferisce Jana Kroll. "Riteniamo che questa forma diretta di reclutamento delle vescicole permetta ai neuroni di inviare segnali per un periodo di tempo più lungo e quindi di mantenere la comunicazione".
Un trattamento migliore per l'epilessia
La fusione delle vescicole, che il team ha visualizzato, avviene milioni di volte al minuto nel nostro cervello. Comprendere il processo nel dettaglio è importante anche per scopi medici: "In molte persone affette da epilessia o da altre malattie sinaptiche sono note mutazioni nelle proteine coinvolte nella fusione delle vescicole", spiega Christian Rosenmund. "Se riusciamo a scoprire il ruolo esatto di queste proteine, possiamo sviluppare più facilmente terapie mirate per queste sinaptopatie".
"L'approccio che abbiamo presentato per la microscopia crioelettronica risolta nel tempo utilizzando la luce non si limita ai neuroni, ma può essere applicato in molte aree della biologia strutturale e cellulare", aggiunge Jana Kroll. Lei stessa vorrebbe ora ripetere i suoi esperimenti al Centro Max Delbrück, inizialmente con neuroni umani ottenuti da cellule staminali. Tuttavia, non sarà un compito facile, annuncia la ricercatrice: "Le cellule hanno bisogno di circa cinque settimane in laboratorio per sviluppare le prime sinapsi e sono estremamente sensibili".
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Tedesco può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Jana Kroll, Uljana Kravčenko, Mohsen Sadeghi, Christoph A. Diebolder, Lia Ivanov, Małgorzata Lubas, Thiemo Sprink, Magdalena Schacherl, Mikhail Kudryashev, Christian Rosenmund; "Dynamic nanoscale architecture of synaptic vesicle fusion in mouse hippocampal neurons"; Nature Communications, Volume 16, 2025-12-13
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