Solutason neurotieteen ryhmä selvitti super-resoluutio-kuvantamisen keinoin hermosolujen aktivoinnin aiheuttamia rakennemuutoksia AIS-rakenteessa

Hermosolu on polarisoitunut solu, joka ensin kerää synaptiset signaalit dendriittiensä avulla. Solun keskuksesta lähtevän aksonin on vastaavasti määrä viedä signaali eteenpäin. Aksonin alkupäässä on erityinen rakenne, aksonin alkusegmentti (Axon Initial Segment, AIS), joka summaa kerätyt signaalit yhteen ja ”päättää” milloin kokonaissignaali on niin vahva, että se lähetetään eteenpäin aksonia pitkin muiden hermosolujen kerättäväksi.

AIS:n yksi tärkeimmistä tehtävistä on lähettää kerätty signaali eteenpäin. AIS:n pituus ja sijainti säätelevät sitä, miten voimakas signaali lähetetään eteenpäin. Jos signaalia on vähän, lähetetään eteenpäin heikommat signaalit, jos signaalia taas on liikaa, vähennetään sen eteenpäin laittamista siirtämällä AIS-rakennetta eteenpäin aksonilla.

Tällainen säätely tarjoaa hermosoluille keinon säädellä ja tasapainottaa omaa signalointiaan jatkuvasti muuttuvassa hermosoluympäristössä. Aktiinitukiranka on solujen luusto ja lihakset ja aktiinirakenteiden onkin todettu osallistuvan erilaisiin AIS:n toimintoihin, kuten AIS-rakenteen ylläpitoon.

Tässä työssä teimme hypoteesin, että AIS-rakenteen aktiinitukiranka järjestäytyy uudelleen hermosolujen aktivoituessa, ja tämä uudelleenjärjestäytyminen mahdollistaa muiden AIS-proteiinien siirtymisen.

–

AIS-rakenteen aktiinitukirangan rakenteita ei pysty erottelemaan perinteisillä valomikroskopiatekniikoilla ja siksi käytimmekin kuvaukseen SIM -superresoluutiotekniikkaa.

Tuloksemme osoittavat, että AIS-rakenteen aktiinitukiranka järjestäytyy uudelleen, kun hermosolua aktivoidaan voimakkaasti ja AIS-rakenne siirtyy aksonilla eteenpäin. Tulosten perusteella teimme kolmivaiheisen mallin miten aktiinitukiranka todennäköisesti edesauttaa AIS-proteiinien siirtymistä: 1) Ensin aktiinitukirakenteita pitää purkaa tai liikuttaa, jotta AIS-rakenteen muut proteiinit pääsevät liikkeelle. 2) Seuraavaksi keskeiset AIS-rakenteen proteiinit irrottautuvat läheltä solun keskustaa ja siirtyvät kauemmaksi AIS-rakenteen toiseen päähän. 3) Kun muutokset on tehty, aktiinirakenteet rakentuvat uudelleen (kuva).

Tämä tohtorikoulutettava David Micinskin väitöskirjaan tähtäävä tutkimus on nyt julkaistu Frontiers in Molecular Neuroscience -julkaisussa: https://frontiersin.org/articles/10.3389/fnmol.2024.1376997/full.