В химическом синапсе передача сигнала требует сложной последовательности событий. Он начинается, когда электрический сигнал, потенциал действия, достигает синаптического конца пресинаптического нейрона. Это вызывает открытие потенциалозависимого кальциевого канала.
Ионы кальция быстро поступают в пресинаптический терминал, и концентрация кальция в пресинаптическом терминале повышается. Это позволяет синаптическим пузырькам, заполненным нейротрансмиттером, сливаться с плазматической мембраной и высвобождать нейротрансмиттеры в синаптическую щель.
Скорость важна при передаче информации. Следовательно, прежде чем потенциал действия даже достигает пресинаптического терминала, везикулы, содержащие нейромедиатор, выстраиваются в готовом к слиянию состоянии в местах стыковки в пресинаптическом терминале. Когда потенциал действия достигает пресинаптического конца, везикулы могут быстро сливаться и высвобождать нейромедиатор. Функционально сайты стыковки ограничивают максимальное количество пузырьков, которые могут высвобождаться при каждом потенциале действия, это определяет силу синапса.
До сих пор четкая связь между функциональным аспектом сайтов стыковки и их морфологическим аспектом как сайтов стыковки пузырьков не могла быть установлена в головном мозге млекопитающих.Шигемото и его коллеги использовали технику электронной микроскопии с высоким разрешением, чтобы внимательно изучить пресинаптический конец определенного синапса у мыши. Они обнаружили, что количество функциональных стыковочных сайтов совпадает с количеством кластеров потенциалзависимых кальциевых каналов в пресинаптическом окончании. Кроме того, количество стыковочных сайтов и количество кластеров кальция изменяется параллельно с возрастом мозга и размером синапсов.
Это привело исследователей к важному выводу, как объясняет Шигемото: «Основываясь на наших результатах, мы предполагаем, что для каждого места стыковки существует соответствующий кластер потенциалзависимых кальциевых каналов. Мы предлагаем модель, в которой каждый кластер кальциевых каналов окружен достаточно свободным пространством, чтобы позволить одному синаптическому пузырьку сливаться в любом направлении ».
Рюичи Шигемото присоединился к IST Austria в качестве профессора в 2013 году. Он и его группа исследуют функциональную роль ионных каналов и рецепторов нейротрансмиттеров в нейронах и глии, используя морфологические, электрофизиологические и молекулярно-биологические методы. Шигемото получил расширенный грант ERC в 2016 году.
Вальтер Кауфманн, штатный научный сотрудник центра электронной микроскопии IST Austria, выполнил часть исследования для текущего исследования.