Både koblingene mellom hjernens celler og signalstoffene mellom dem har et uventet presist mønster når signaler overføres fra en hjernecelle til en annen. (Thomas Blanpied/Nature/Youtube)
Slik kommuniserer hjernen
Nytt innsyn i hjernens arkitektur kan gi bedre forståelse av hjernesykdommer som depresjon, schizofreni og Alzheimers sykdom. Det kan gi bedre behandlingsmåter.
I over hundre år har hjerneforskere visst at nerveceller kommuniserer med hverandre ved at stoffer som kalles nevrotransmittere, overføres fra den ene nervecellen til den andre gjennom synapsene.
Synapsen er kontaktpunktet mellom to nerveceller. Der overføres informasjon i form av kjemiske signalstoff, som kalles nevrotransmittere. Utskillingen av signalstoffene er nøye kontrollert av bestemte proteinmolekyler.
Men hittil har det vært uklart hvordan dette skjer i minste detalj. Nå har forskere for første gang klart å belyse dette.
Overføringene viser seg å være overraskende presise, ifølge forskerne bak studien som ble publisert i Nature denne uken.
Her kan du se video som illustrerer overføringen av signaler i hjernen.
Tok molekylbilder av rottehjerner
For å kunne se overføringene, brukte forskerne ved University of Maryland School of Medicine en ny bildeteknologi på rottehjerner. Rottenes synapser er veldig like menneskenes i struktur.
Teknikken gjør det mulig å finne og spore bevegelsen til de spesifikke proteinmolekylene innenfor en enkelt synapse, selv i levende celler.
Dermed klarte forskerne å finne et uventet nøyaktig mønster i prosessen der nerveceller overfører beskjeder seg i mellom.
– Vi ser ting som ingen andre har sett før. Dette er en helt ny form for undersøkelse, sier førsteamanuensis Thomas Blanpied som ledet forskergruppen i en pressemelding.
Selv om forskerne i mange år har visst om de forskjellige proteinmolekylene i synapsene, har de ikke visst hvordan disse molekylene passer sammen eller nøyaktig hva som skjer når informasjonen går fra en nervecelle og til en annen, gjennom synapsen.
Nå har forskerne tatt bilde av hvert enkelt proteinmolekyl og plassert dem nøyaktig.
Forbløffende nøyaktig plassert
Ett av de uventede funnene, er hvor nøyaktig viktige proteiner er organisert, ifølge forskerne.
– Nervecellene plasserer seg mer presist enn vi kunne forestille oss for å slippe ut nevrotransmitter-molekylene så nær den andre nervecellens reseptorer som mulig, sier Blanpied.
– Også proteinene i de to ulike nervecellene er justert med forbløffende presisjon, og danner nærmest en rett kanal mellom de to cellene. Dette optimaliserer kraften i overføringen, forklarer Blanpied i pressemeldingen.
Sårbart for små feil
Den nøyaktige posisjoneringen forklarer hvorfor synapsene er så effektive, mener forskerne. Men samtidig gjør nettopp dette dem også sårbare for forstyrrelser.
Hvis presisjonen blir forstyrret, får kanskje ikke nevrotransmitterne gjort jobben sin effektivt, ifølge Blanpied.
Forskene mener dette nye innblikket i nervecellenes arkitektur kan føre til en bedre forståelse av hjernesykdommer som depresjon, schizofreni og Alzheimers sykdom.
Videre studier kan på sikt også danne grunnlag for hvordan vi kan justere slarkete overføringer, tror de.
Blanpied og kollegene hans skal nå undersøke hvordan hjernecellene kommuniserer i rotter som har schizofreni.
Artikkelen er oppdatert 29. juli klokken 10:30.
Referanse:
A. Tang, Thomas Blanpied mf: A trans-synaptic nanocolumn aligns neurotransmitter release to receptors. Sammendrag. Nature. 27. juli 2016. doi:10.1038/nature19058
