A neuronhálózatok működését az idegsejteket összekapcsoló kémiai szinapszisok eltérő hatékonysága határozza meg. Évtizedek óta ismert, hogy az azonos típusú szinapszisok is lehetnek strukturálisan és funkcionálisan eltérőek. Bár a szinaptikus diverzitás az elmúlt évtizedekben intenzív kutatások középpontjában állt, az alapjául szolgáló molekuláris folyamatoknak máig csak egyes részleteit tárták fel.

A Nusser Zoltán vezette kutatócsoport legújabb eredményei egy fontos lépéssel közelebb visznek a folyamat megértéséhez – olvasható az Eötvös Loránd Kutatási Hálózat sajtóközleményében. A szinaptikus sokféleség egyik példája, amikor ugyanazon idegsejt axonja a célsejtek típusától függően formál eltérő erősségű szinapszisokat.

A kutatócsoport korábbi megfigyelései szerint a hippokampusz piramissejtjei két különböző típusú gátlósejttel kommunikálnak, különböző erősséggel. Az egyikkel gyenge, a másikkal erős szinapszisokat alakítanak ki, de a mögöttes mechanizmusokat eddig nem sikerült azonosítani. Mostani tanulmányukban a csoport tagjai, Mohammad Aldahabi, Bálint Flóra, Holderith Noémi és Lőrincz Andrea közös erőfeszítésének köszönhetően sikerült jellemezni a szinaptikus különbségekért felelős kulcsparamétereket.

Vizsgálataik során elektrofiziológiát, farmakológiát és kalciumion-alapú (Ca2+) képalkotást kombináltak nagy felbontású elektrontomográfiával és replika immunjelölési módszerekkel. Kimutatták, hogy a hippokampális piramissejtek axonjaiból történő ingerületátvivő anyag felszabadulási valószínűség célsejttípusfüggő különbsége nem a dokkolt szinaptikus hólyagok és Ca2+-csatornák eltérő távolságának vagy nanotopológiájának a következménye.

1. Elektrontomográfiás módszerrel készített kép egy piramissejt axonjának végződéséről, melyet szinaptikus hólyagok töltenek ki (kör alakú profilok). A módszer képes minden egyes hólyag pontos helyének meghatározására, így azonosíthatók azok a hólyagok (nyilak), amelyek a szinapszis plazmamembránjához hozzáérnek (dokkoltak). Ezek azok a hólyagok, amelyek akciós potenciál hatására azonnal képesek fuzionálni a membránnal. Kék színnel a gátlósejt egy részlete van kiemelve, a nyílhegyek az axon és a gátlósejt közti szinapszis határait jelölik.
2. Replika immunjelölés segítségével meghatározható a szinaptikus működésben szerepet játszó molekulák pontos térbeli eloszlása (sötétkék és lila aranyszemcsék) a preszinaptikus membránban (kék).

Ehelyett az adatok robusztus különbséget mutattak ki a dokkolt szinaptikus hólyagok membránfúzióját előkészítő molekuláris érési folyamatban („priming”). A priming folyamatának farmakológiai manipulálásával ugyanis képesek voltak a gyenge szinapszisokat megerősíteni – olvasható.

Egymással szinaptikus kapcsolatot létesítő piramissejt és gátlósejt. A piramissejt aktiválása gyenge szinaptikus választ (fekete) vált ki a gátlósejtben. Ez a válasz megnövelhető (kék) a szinaptikus hólyagok érési folyamatába történő farmakológiai beavatkozással.

Az eredmények alapján a kutatók egy újabb, a szinaptikus sokszínűséget megalapozó folyamatot is feltártak, amely befolyásolhatja a neuronális hálózatok dinamikáját. A kulcsfolyamatok megértése emellett elősegítheti a fiziológiai variabilitás és a rendellenes szinaptikus működések elkülönítését.

Az eredményeket bemutató tanulmány a Neuron című rangos nemzetközi folyóiratban jelent meg.