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.
