В последнее время открытия в области нейроанатомии и клеточной биологии мозга как-то следуют одни за другим. То астроцитонейроны откроют, то четвертую оболочку мозга и так далее. В относительно недавней статье в Nature Neuroscience исследователи из США, Швейцарии, Франции, Германии и Японии установили, что старый добрый аксон, длинный «хвостик» нейрона, название которому дал еще друг Рентгена Альберт фон Кёликер непохож на трубки или канат. Скорее – это ожерелье с наножемчужинами. Впрочем, у некоторых есть сомнения в том, что исследователи видели явление, а не артефакт.
Авторы исследования занимались электронной микроскопией немиелинизированных нейронов мозга взрослых мышей, мышиных эмбрионов и гиппокампальных культур. При этом материал мгновенно замораживался при высоком давлении, а не химически фиксировался и высушивался. Удивительно, но на каждом из десятков тысяч снимков аксоны нейронов выглядели не как «трубки», а содержали утолщения (в статье они называются несинаптические варикозные участки, NSVs – nonsynaptic varicosities). Утолщения, которые в статье получили название «наножемчуга» (nanopearls), имеют в толщину 200 нм, а тонкие участки между ними – 60 нанометров.
«Наножемчуг» при разных условиях
По словам авторов, моделирование in silico предполагает, что это набухание аксонов может быть объяснено механическими свойствами мембраны.
Ученые предположили, что эти NSVs представляют собой «кнопки», при помощи которых можно управлять тем, насколько быстро и точно клетка подает свои сигналы.
Различные снимки из работы
«Процедуры, нарушающие свойства мембран, такие как гипер- или гипотонические растворы, удаление холестерина и ингибирование немышечного миозина II, изменяют форму «наножемчуга» аксонов, подтверждая роль механики мембран в определении морфологии аксонов. Кроме того, активность нейронов модулирует концентрацию холестерина в плазматической мембране, что приводит к изменениям в «наножемчуге» аксонов и замедлению скорости проведения потенциала действия. Наши данные показывают, что морфологию и функцию аксонов определяют биофизические силы, а модуляция механики мембран, вероятно, лежит в основе немиелинизированной пластичности аксонов», — резюмируют авторы.
Мембранная механика диктует необходимость «наноожемчуживания» аксонов
Исследование уже обсуждалось в журнале Science.
Полученные результаты «очень важны, и я думаю, что на них долгое время не обращали внимания», — говорит биолог-эволюционист Павел Буркхардт из Бергенского университета, который недавно обнаружил похожие жемчужные структуры в нейронах простейших беспозвоночных — гребневиков.
Тем не менее, некоторые эксперты в этой области оспаривают полученные результаты. Некоторые ссылаются на возможные побочные эффекты метода подготовки и замораживания, используемого для сохранения клеток перед визуализацией. А некоторые сомневаются, что эта работа полностью опровергает все, что известно об истинной форме аксона. «Я думаю, это правда, что [аксон] не является идеальной трубкой, но они демонстрируют не только такие бусины», — говорит нейробиолог Кристоф Летерье из Университета Экс-Марсель, который называет это исследование «противоречивым дополнением к литературе».
Текст: Алексей Паевский
Griswold, J.M., Bonilla-Quintana, M., Pepper, R. et al. Membrane mechanics dictate axonal pearls-on-a-string morphology and function.Nat Neurosci (2024). https://doi.org/10.1038/s41593-024-01813-1
