Los Angeles - Budapest - Párizs

2019. október 10.

Nusser Zoltán és csoportja hosszú évek óta kitartóan és eredményesen vizsgálja, milyen molekuláris különbségek felelősek a kémiai szinapszisok funkcionális és struktúrális sokszínűségéért.
Legutóbbi, a párizsi Pasteur intézetben dolgozó David DiGregorio munkacsoportjával együttműködésben született eredményeiket a Neuron novemberi száma közli.


- Több kutatási projektetek is van. A Neuronban megjelent cikk anyaga melyik fő témájához tartozik?

- Kutatócsoportunk fő érdeklődési területe a szinapszisok működésének megértése, különös tekintettel a szinapszisok működésében észlelt változékonyság jellemzésére és molekuláris alapjainak megértésére. Ez a jelen ERC Advanced Grant pályázatom fő témája, és ehhez kapcsolódik a napokban a Neuronban megjelent kézirat anyaga is.

- Hogyan alakult ki a jelen együttműködés?

- David DiGregoriót PhD hallgató kora óta ismerem. Los Angelesben a UCLA Élettani Tanszékén volt diák, amikor én posztdoktori kutatóként dolgoztam ott. Azóta tart a barátságunk. Kb. két éve keresett meg, hogy nem lenne-e kedvem csatlakozni ahhoz a kutatási projektjükhöz, melyben két, funkciójuk szerint alapvetően eltérő kisagyi szinapszis működését probálják megérteni. Kezdeti megfigyelésük az volt, hogy az „erős” csillagsejt szinapszisok axon terminálisaiban mért Ca2+ koncentráció harmada, negyede csak annak, amit a „gyenge” szemcsesejt szinapszis axonjaiban mértek.
Ca2+ pufferolási/kelálási/ kísérleteik arra engedtek következtetni, hogy esetleg a Ca2+ csatornák és a szinaptikus vezikulumok/hólyagocskák/ távolságában lévő különbség lehet az oka ennek a látszólagos ellentmondásnak. Eleinte Kirízs Tekla, később Lőrincz Andrea kolléganőm egy igen érzékeny módszerrel, fagyasztva tört replika immunjelölést alkalmazva vizsgálta a P/Q típusú feszültségfüggő Ca2+ csatornák eloszlását a csillag- és szemcsesejtek preszinaptikus aktív zónáiban. (Az ún. aktív zóna a preszinaptikus axonvégződések hozzávetőlegesen 200-300 nm átmérőjű specializált része, ahol a vezikulumokból az ingerület átvívő anyag felszabadulása történik).

Eredményeik megmutatták, hogy a „gyenge” szemcsesejt szinapszisok háromszor annyi Ca2+ csatornát tartalmaznak, mint a csillagsejtek. Ezután nem csak a csatornák mennyiségét, de aktív zónán belüli elhelyezkedésüket, valamint a szinaptikus vezikulumokhoz való térbeli viszonyukat is vizsgáltuk. Kettős immunarany jelöléssel megmutattuk, hogy az „erős” szinapszisokban, habár kevés Ca2+ csatorna található, azok nagyon közel, 10-15 nm távolságban vannak a vezikulumoktól. Ezzel ellentétben, a „gyenge” szinapszisokban a nagyszámú Ca2+ csatorna úgy helyezkedik el, hogy kihagynak egy kb 50 nm-es részt a vezikulumok körül (exclusion zone), így hiába van háromszor annyi csatorna, a vezikulumok Ca2+ érzékelőjénél a Ca2+ koncentrációja lényegesen alacsonyabb, mint a csillagsejt szinapszisokban.

- Milyen volt a munka fogadtatása a Neuronnál?

- Mindhárom bíráló pozitívan fogadta munkánkat. Jó pár kísérletet kértek, a revízió így el is tartott több mint fél évig, de miután megcsináltuk a kért kísérleteket, a kéziratot azonnal elfogadták.

- Kiemelt eredményeitek közül az, hogy a Ca2+-csatornák száma és a szinapszis erőssége nincs összefüggésben, számomra meglepő, míg az, hogy egy gyenge szinapszis a Ca2+ kelátorokra érzékenyebb könnyebben értelmezhető.
Te/Ti ezt hogy látjátok ?

- Hogy mi a meglepő és mi nem, azt nehéz definiálni. Azt gondolom, hogy az, hogy a Ca2+ csatornák és a vezikulumokon lévő Ca2+ szenzor távolsága alapvetően meghatározza a szinapszis erősségét, nem meglepő és nem új gondolat. Ami mindenképpen új, hogy nem arról van szó, hogy bár a Ca2+ csatornák csoportokba (cluster) rendeződnek mindkét szinapszis típusban, a csoportok és a vezikulumok távolsága más és más, hanem ebben a két szinapszis típusban az egész aktív zóna molekuláris nanotopológiája más és más. Az egyikben Ca2+ csatornák kisebb csoportokba koncentrálódnak, míg a másikban „exclusion” zónákat alakítanak ki, melyek közepén helyezkednek el a vezikulumok. A nagy kérdés a jövőre nézve, hogy ez a két elrendeződési mód mennyire általános érvényű a központi idegrendszer többi szinapszisaira vonatkoztatva, illetve hány további, fundamentálisan más nanotopológia létezik még.

- Ismertek-e azok a molekulák, melyek felelősek ezekért a különböző nanotopológiákért?

- Nem. Még nincs semmi meggyőző eredmény arra vonatkozólag, hogy mi vagy mik azok a molekulák, melyek felelősek a Ca2+ csatornák aktív zónán belüli elrendezéséért. Természetesen ez a kérdés jelen kutatásaink egyik fő témája.

- Számotokra mi volt a legmeglepőbb eredmény ill. előfordult-e a munka során, hogy a kísérleti eredmény döntően változtatta meg az eredeti kísérleti tervet?

- Egy fontos, de technikainak tűnő részlet, az úgynevezett Ripley analízis bevezetése volt, amivel bármilyen kétdimenziós eloszlás kvantitatívan jellemezhető, és amivel mi a molekulák aktív zónában való eloszlását vizsgáltuk. Számos olyan módszert használtunk már (ld. Szoboszlay és mtsi., Scie Rep, 2017), melyek nagy érzékenységgel tudják megmondani, hogy egy térbeli mintázat különbözik-e egy reguláris vagy random eloszlástól. Azonban a Ripley analízis hatalmas előnye, hogy különösen érzékeny az objektumok csoportosulására (clustering). Így nem csak azt tudtuk megállapítani, hogy a Ca2+ csatornák nem véletlenszerűen helyezkednek el ezekben az aktív zónákban, hanem azt is, hogy a „gyenge” és az „erős” szinapszisokban az eloszlásuk nem azonos. Ezek után adta magát, hogy annak is utánajárjunk, hogy milyen a Ca2+ csatornák és a dokkolt szinaptikus vezikulumok térbeli viszonya. Ehhez kettős jelöléssel együttesen határoztuk meg a vezikulumok dokkolásához elengedhetetlen Munc13-1 fehérje és a Ca2+ csatornák eloszlását. Kísérleteink megmutatták, hogy a Munc13-1 (azaz a vezikulumok) valóban a Ca2+ csatornák által kihagyott teret foglalják el a szemcsesejt axonok aktív zónáiban.

- Mi az az eredmény, ami esetleges jövőbeli klinikai alkalmazhatósághoz vezethet?

- Erre most még nagyon nehéz következtetni, de elképzelhető, hogy ha megtaláljuk azon molekulákat, melyek meghatározzák a Ca2+ csatornák aktív zónán belüli elhelyezkedését, akkor a működésük regulálásával, vagy esetleg expressziós szintjük változtatásával az egyik leghatékonyabb módon leszünk képesek a szinapszisok erősségét szabályozni.