Video: Toto puzzle máte v hlavě. V bilionech kopií

V lidském mozku pracuje asi sto miliard nervových buněk propojených mezi sebou nejméně stovkou bilionů spojení. Jedno z nich nyní němečtí vědci zmapovali v atomárním rozlišení. Odborníkům jejich práce umožní lépe pochopit procesy probíhající v synapsích, laikům nabízí fascinující pohled na sehraný orchestr o statisících hráčů, který hraje neurosymfonii v koncertním sále o velikosti jednoho mikrometru krychlového.

Nervové signály se v mozku šíří chemicko-elektrickou cestou. Podél buněčné membrány nervových buněk se šíří akční potenciál, tedy elektrický signál. Když ale dorazí do místa, kde si dva neurony mají informaci předat, přijde ke slovu (bio)chemie. Neurony se nedotýkají, je mezi nimi několik statisícin milimetru široká štěrbina. Do ní se z „vysílajícího“ neuronu uvolní nervové přenašeče – chemické látky (např. adrenalin, dopamin, serotonin…), které se navážou na receptory na povrchové membráně druhého neuronu. Tím se změní její propustnost pro ionty a vytvoří se podmínky pro vznik dalšího elektrického signálu.

Tým vědců z Lékařského centra univerzity v Göttingenu, z göttingenského Ústavu Maxe Plancka pro biofyzikální chemii a z berlínského Leibnizova ústavu pro molekulární farmakologii v dnešním vydání časopisu Science nabízí detailní pohled právě na tuto chemickou část nervového přenosu (synapsi).

Video zachycuje takzvaný terminální buton – rozšířenou koncovou část axonu (dlouhého výběžku nervové buňky), v níž se tvoří synaptické váčky – kulovité, membránou obalené útvary obsahující nervové přenašeče. Váčky splývají s povrchovou membránou neuronu, čímž se přenašeče uvolňují do synaptické štěrbiny mezi dvěma neurony. Součásti váčků jsou následně recyklovány. Na celém procesu se podílí asi 300 000 proteinů vměstnaných do prostoru o průměru jedné tisíciny milimetru.

Zdroj: Wilhelm et al. 2014, Science/AAAS, překlad a zvuk Vesmír

Autoři studovali synapse v mozku potkana, od těch lidských se ale nijak zásadně neliší. Pro tvorbu trojrozměrného modelu použili hned několik sofistikovaných technik. Metodou Western blot a hmotnostní spektrometrií určili, jaké proteiny a v jakém počtu se v terminálním butonu nacházejí. Elektronový mikroskop jim pomohl určit rozmístění synaptických váčků a dalších buněčných organel. A fluorescenční mikroskop s vysokým rozlišením odhalil polohu jednotlivých proteinů.

Detailní pohled na synapsi ukazuje ohromující komplexitu tohoto základního funkčního prvku nervové soustavy. Mechanismus recyklace synaptických váčků je podle autorů studie „relativně jednoduchý“. Jak asi vypadají buněčné procesy, kterým by byli ochotni přiznat vyšší míru složitosti?

Titulní foto: Terminální buton – pohled po odstranění buněčné membrány. Zdroj: Wilhelm et al. 2014, Science/AAAS