Учёные обнаружили, что аксоны — длинные отростки нервных клеток, передающие электрические сигналы, — могут иметь не форму ровных трубок, а напоминать цепочку мелких бусин. Такая архитектура способна влиять на скорость распространения импульсов. Исследование специалистов Johns Hopkins Medicine опубликовали 2 декабря 2024 года в журнале Nature Neuroscience.
Работа была выполнена на нейронах мышей, однако последующие исследования выявили «бусины» и в тканях человеческого мозга. Речь идёт о небольших повторяющихся расширениях, которые исследователи назвали внесинаптическими варикозностями. Они отличаются от обычных утолщений в местах контакта нервных клеток и не являются синапсами.
Ранее выраженное «бусинчатое» строение наблюдали главным образом у погибающих нейронов и при нейродегенеративных заболеваниях, включая болезнь Паркинсона. В таких случаях изменения могли сопровождаться повреждением клеточной мембраны и внутреннего белкового каркаса аксона. «Понимание структуры аксонов важно для понимания передачи сигналов нервными клетками», — заявил доцент медицинской школы Университета Джонса Хопкинса Сигэки Ватанабэ, слова которого приводит Johns Hopkins Medicine.
Интерес к необычной форме аксонов возник после наблюдений за червями. Учёные предположили, что повторяющиеся расширения связаны с внутренним скелетом отростка, но после нарушения этой структуры «бусины» не исчезли. Тогда исследователи сосредоточились на свойствах мембраны и создали математические модели, показавшие: форму аксона могут определять механические силы, а не только жёсткий внутренний каркас.
Чтобы рассмотреть структуры, примерно в 100 раз более узкие, чем человеческий волос, специалисты применили электронную микроскопию после замораживания под высоким давлением. Такой подход позволяет сохранить форму тканей лучше, чем химическая фиксация и обезвоживание. «Чтобы увидеть нанометровые структуры с помощью обычной электронной микроскопии, мы фиксируем и обезвоживаем ткани, но замораживание сохраняет их форму — примерно так же, как заморозка винограда, а не превращение его в изюм», — пояснил Ватанабэ.
«Бусинчатые» аксоны обнаружили в нейронах взрослых мышей, эмбрионов и клеточных культурах, а также при наблюдении за живыми нейронами. Повышение концентрации сахара вокруг аксонов уменьшало размеры расширений, как и увеличение натяжения мембраны в моделях. Удаление холестерина делало мембрану более мягкой и текучей, меняло форму аксонов и снижало скорость передачи электрических сигналов. После высокочастотной стимуляции расширения в среднем становились на 8% длиннее и на 17% шире, а изменения сохранялись не менее 30 минут; замедление сигналов продолжалось как минимум час. Позднее исследование тканей коры мозга, полученных во время операций по поводу эпилепсии, также выявило аксоны с подобной структурой у человека, однако её распространённость и влияние на передачу сигналов во всём мозге пока не установлены.