揭示线粒体的突触前分布和轮廓

[所属分类:新闻动态] [发布时间:2019-10-11] [发布人:] [阅读次数:] [返回]

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线粒体(mitochondrion)是一种存在于大多数细胞中的由两层膜包被的细胞器，细胞中制造能量的结构，细胞进行有氧呼吸的主要场所，被称为"power house"。其直径在0.5到10微米左右。

听觉的能力依赖于神经元以非常快的时间尺度不断地传递信息。如此高的信息传输速度导致了强烈的精力需求。在我们的细胞内，称为线粒体的微观发电厂提供了维持人体运动的主要能量来源。线粒体在整个人体中起着至关重要的作用，而在大脑中它们起着至关重要的作用。提供促进突触传递(神经元之间的信息传递)所需的大量能量。

在听觉系统中，有一个巨大的突触前突触末端，称为Held花萼，对双耳声音处理至关重要。在听力发作之前，不成熟的花萼突触不会以非常快的速率释放神经递质。但是一旦成熟，它们就可以可靠，迅速地释放神经递质来编码听觉信息。但是，线粒体如何支持成熟突触的能量需求活动仍然未知。

在最近一项研究中，来自MPFI和爱荷华州CCOM大学的科学家对Held发育中和成熟的花萼中线粒体的突触前分布和特征提供了前所未有的见识。

“我的实验室研究了突触如何使神经回路传递各种信息。特别是，我们对理解突触机制非常感兴趣，这些机制可以实现准确识别和感知声音信息及其对听觉缺陷的影响所需的快速听觉信号。”小塞缪尔·杨(Samuel Young Jr.)博士，曾任MPFI研究小组组长，现为爱荷华州CCOM大学解剖与细胞生物学系副教授。“虽然我们了解花萼如何进行适当声音处理的一些一般原则，但许多尚不为人所知。因此，我们想了解突触下水平是否存在线粒体变化。要回答我们的问题，我们需要专业技术人员的专业知识。 MPFI的EM核心。

由于线粒体的体积相对较小，通常难以使用常规方法对其进行分析，因此需要3D电子显微镜才能充分揭示其复杂的结构细节。为了实现这一目标，Young Lab创建了具有线粒体靶向过氧化物酶的线粒体APEX2的辅助依赖型腺病毒载体，并将其在Held小鼠花萼中表达。除此之外，MPFI EM团队还开发了通过3D电子显微镜检测APEX2标记的线粒体的方案，以对突触前线粒体的体积和丰度进行广泛的分析。

MPFI的EM助理，Connon Thomas说：“我们最大的挑战是开发协议和工作流程，使我们能够使用先进的3D-EM技术对花萼中的线粒体进行精细的成像。”“经过广泛的优化，我们设计了两种策略;第一种使用串行块面扫描电子显微镜或简称SBF-SEM，这是一种特殊的EM，可以让我们生成大规模的3D图像集，以便重建和分析末端内的线粒体第二种策略是使用自动胶带收集超薄切片机连续切片扫描电子显微镜(ATUM-ssSEM)，该技术可产生更高分辨率的图像，从而更易于分析精细的亚突触结构”。

用SBF-SEM拍摄的图像进行3D重建显示，成熟花萼及其周围轴突中的线粒体体积明显高于未成熟花萼中的线粒体体积。似乎线粒体在成熟花萼中选择性富集，其体积比周围的轴突高。该数据证实了这样的想法，即在发育过程中增加的线粒体体积可以支持更活跃的成熟花萼的更高能量需求。

利用Young Lab开发的遗传工具和MPFI EM Core开发的创新性新协议，他们的综合专业知识已经产生了在神经科学研究中具有广泛应用的新颖方法。EM Core负责人Naomi Kamasawa博士说：“我们的EM Core与Young Lab之间的强有力合作对于这项工作的成功至关重要。”我们的合作将继续并将无疑带来令人振奋的新发展。”

Young解释说：“为这项工作开发的新协议和应用将广泛应用于结合遗传操作和电子显微镜研究不同电路或不同大脑区域的研究。”