Nowe podejście do mapowania komórek w ciele
Znacznie bardziej dokładne obrazowanie elementów komórkowych stało się możliwe dzięki najnowszym postępom w dziedzinie mikroskopii świetlnej. Mowa o mikroskopii zwanej wygaszaniem emisją wymuszoną (STED), gdzie dotychczasowa rozdzielczość rzędu około 200-300 nm została zwiększona do imponujących 30-60 nm. Dzięki połączeniu z inną nową technologią – mikroskopią STED w wersji dwukolorowej – naukowcy mogli określić pozycję elementów komórkowych z dokładnością do nanometra. Celem projektu NANOMAP (The synapse nanomap), finansowanego przez UE, było stworzenie mapy komórkowej synapsy w skali nano z wykorzystaniem technik mikroskopowych, a więc coś, co byłoby niemożliwe przy użyciu konwencjonalnej mikroskopii świetlnej. W ramach projektu wykorzystano mikroskopię STED do precyzyjnego określenia położenia najważniejszych komponentów synapsy. Dokładniej mówiąc, zespół wykorzystał hodowlę komórek nerwowych hipokampa, których zakończenia presynaptyczne mają średnicę 1 mikrona, aby zidentyfikować położenie białek synaptycznych biorących udział w uwalnianiu neuroprzekaźników. Badane były również inne istotne elementy synapsy, takie jak cytoszkielet, mitochondria i endosomy. Dzięki obrazowaniu STED, pozycjonowaniu metodą mikroskopii elektronowej oraz modelowaniu in silico, naukowcy opracowali wstępną nanomapę prawie połowy elementów komórkowych w obrębie synapsy. Nanomapa uwzględniała trzy różne systemy synaptyczne, tzn. wyizolowane synapsy korowe, wyhodowane synapsy komórek hipokampa oraz mysie synapsy nerwowo-mięśniowe. Do zbadania liczby kopii każdego z tych białek naukowcy zastosowali metody biochemii ilościowej. Dzięki połączeniu metody western blot ze współczesną spektrometrią mas, udało się ustalić liczbę kopii dla około 1200 białek synaptycznych, co stanowi ponad 90% synapsy. Tym sposobem badacze stworzyli trójwymiarową nanomapę w zgodzie z założeniami projektu, otwierając nowe możliwości dla badań nad synapsami. Co ważne, prace zespołu wyjaśniły kilka zagadnień z dziedziny neuronauki, w tym korelacje między pre- i postsynaptycznymi elementami strefy aktywnej, odzyskiwanie pęcherzyków synaptycznych oraz rolę elementów cytoszkieletu w przekaźnictwie synaptycznym. Oczekuje się, że mapa skłoni innych naukowców do opracowania bardziej zaawansowanych nanomap komórkowych, zastępując niedokładne techniki frakcjonowania komórkowego do opisywania położenia białek.
Słowa kluczowe
Mapowanie komórkowe, synapsa, mikroskopia, wygaszanie emisją wymuszoną, NANOMAP
