Labmedya - Laboratuvar ve Sağlık Gazetesi

Sick Children (Sick Kids) Hastanesindeki bilim insanları, ilk kez, nöronların iletişim kurmak için kullandığı bir enzimin atomik yapısını ortaya çıkarmak için Sick Kids Nano Ölçekli Biyomedikal Görüntüleme Tesisindeki ileri görüntüleme teknolojisini kullanmıştır.

Bellek ve duygudan öğrenme ve motor kontrolüne kadar tüm beyin faaliyetleri, nöronlar arasındaki bağlantılar olan sinapslar arasındaki iletişim yoluyla mümkün olmaktadır. Bu iletişim başarısız olduğunda epilepsi gibi çeşitli durumlar ortaya çıkabilmektedir. Bir nöron, sinapslara nörotransmitter adı verilen kimyasal sinyaller göndererek diğer hücrelerle iletişim kurma konusunda uzmanlaşmış bir hücre türüdür. Beyinde nöronlar arasında 100 trilyon sinaps vardır. Nöronların iletişim kurma şekli onlarca yıldır araştırılıyor, ancak bugün Science dergisinde yayınlanan araştırma, sinaptik işlevi yeni bir netlikle ortaya koyan yüz binlerce yüksek çözünürlüklü görüntüden elde edilen modelleri sergilemektedir.

Moleküler Tıp programında kıdemli bilim insanı Dr. John Rubinstein ve Rubinstein laboratuvarının doktora sonrası araştırmacısı ve baş yazarı Dr. Claire Coupland liderliğindeki araştırma ekibi, kimyasalların nöronlardan nasıl salındığının görüntülerini yakalayarak ve modelleyerek, epilepsili ve diğer nörolojik rahatsızlıkları olan çocukların bakımını iyileştirmeye yardımcı olacak yeni terapötik hedefler konusunda bilgi verebilmektedir.

İletişim kurarken, nöronlar nörotransmitterleri alıcı nörona iletilmek üzere bir sinapsa salmaktadır. Bu nörotransmitterler sinaptik kesecikler adı verilen küçük paketlerden salınmaktadır. Bir mesaj alındığında, nörotransmitterlerin yeniden emilmesi ve sinapsı temizlemek ile bir sonraki sinyale yer açmak için yeni sinaptik keseciklere yeniden paketlenmesi gerekmektedir. Bu süreci kolaylaştırmak için veziküler tip ATPaz (V-ATPase) adı verilen bir enzim, nörotransmitterleri sinaptik keseciklere yönlendiren bir pompa görevi görmektedir. V-ATPaz ayrıca veziküllerden nörotransmitter salınımını da düzenlemektedir.

Rubinstein, ‘Araştırmamızda, V-ATPaz’ın sinaptik keseciklerden nörotransmitter salınım sürecini kontrol etme şeklinin, kesecikler yüklendikten sonra kendiliğinden parçalanması olduğunu öğrendik. Sinaptik kesecikleri nörotransmitterlerle doldurduğumuzda, V-ATPazların iki parçaya bölündüğünü ve bunun da nörotransmitter salınımına izin verdiğini bulduk.’ diyerek açıklamıştır.

Bilim insanları, Sick Kids Nanoölçekli Biyomedikal Görüntüleme Tesisi tarafından desteklenen yeni biyokimyasal yöntemler ve yeni görüntüleme yöntemleri kullanarak, sinaptik kesecikleri izole edip görüntülerini elde edebilmişlerdir. Oradan, keseciklerdeki V-ATPaz'ı yüksek çözünürlükte göstermek için görüntüleri analiz etmek üzere yeni hesaplamalı yaklaşımlar geliştirmiş ve bu daha önce yapılmamış bir şeydir.

Rubinstein, ‘Örnekleri -196°C'de görüntüleyen bir yöntem olan kriyojenik elektron mikroskobu (cryo-EM) kullanarak yakaladığımız görüntülere dayanarak V-ATPaz'ın 3 boyutlu modellerini oluşturduk. Ekibimiz, V-ATPaz'ın, nörotransmitter salınımında rol oynayan birçok protein ve lipit içeren sinaptik keseciğin çeşitli bileşenleriyle etkileşime girdiğini gördü. En şaşırtıcı olanı, V-ATPaz'ın sinaptofizin adı verilen bir proteinle etkileşime girdiğini öğrendik. Ağırlık olarak sinaptofizin en bol bulunan sinaptik vezikül proteinidir. Şimdiye kadar nöronlardaki işlevi anlaşılmamıştı. Bulduğumuz şey, sinaptofizinin, başlangıçta oluştuklarında V-ATPaz'ın sinaptik keseciklere alınmasına yardımcı olabileceğini gösteriyor.’ ekleyerek açıklama yapmıştır.

Araştırmacılar V-ATPaz'ın sinaptik keseciklerde sinaptofizin ile etkileşime girdiğini keşfettiklerinden, bu etkileşimin beyindeki rolünü anlamak için Sinir Bilimleri ve Ruh Sağlığı programında kıdemli bilim insanı Dr. Lu-Yang Wang ile çalışmaktadırlar. Ayrıca veziküllerin yüklenmesinin V-ATPaz'ın parçalanmasına nasıl yol açtığını ve bu sürecin nöronlardan nörotransmitter salınımını nasıl kontrol ettiğini anlamak istiyorlardır. Gelecekte bu süreç, bazı epilepsi türleri de dahil olmak üzere birçok sağlık durumu için terapötik bir hedef olabilmektedir.

Yazar: Bassma BOUANANI

Kaynak: lab-worldwide.com