Die Aufdeckung der präsynaptischen Verteilung und Profil der Mitochondrien

Die Fähigkeit zu hören beruht auf Neuronen, ständig übertragen Informationen auf sehr schnellen Zeitskalen. Diese schnelle rate der Informationsübertragung Ergebnisse in intensiven energetischen Anforderungen. Innerhalb unserer Zellen, mikroskopische Kraftwerke, sogenannte Mitochondrien stellen die Hauptquelle von Energie hält unseren Körper in Bewegung. Während Mitochondrien dienen eine wesentliche Funktion im ganzen Körper, im Gehirn spielen Sie eine besonders wichtige Rolle; die Bereitstellung der enormen Menge an Energie, die benötigt wird, um Erleichterung der synaptischen übertragung (die übertragung von Informationen zwischen Nervenzellen).

Im auditorischen system gibt es eine große präsynaptischen terminal genannt calyx von Held ist wichtig für binauralen sound-Verarbeitung. Vor dem Beginn der Verhandlung, unreifen Kelch Synapsen, nicht loslassen neurotransmitter bei sehr schnellen Tempo. Aber sobald reif, Sie werden zuverlässig und schnell neurotransmitter release zu codieren, die auditorische information., Jedoch, wie Mitochondrien unterstützen die Energie-anspruchsvolle Aktivität der Reifen synapse unbekannt geblieben.

In einer aktuellen Studie in der veröffentlichten Journal of Neuroscience, Wissenschaftler aus den MPFI und der University of Iowa CCOM zur Verfügung gestellt haben beispiellosen Einblick in die präsynaptischen Verteilung und Profil der Mitochondrien in der Entwicklung und Reife calyx von Held.

„Mein Labor wird untersucht, wie sich Synapsen aktivieren neuronaler schaltkreise, die übertragung einer Vielzahl von Informationen. Insbesondere sind wir sehr daran interessiert, das Verständnis der synaptischen Mechanismen, die es ermöglichen, schnell auditive Signalisierung erforderlich für die genaue Identifikation und Wahrnehmung von sound-Daten und Ihren Beitrag zur auditiven Defizite“, erklärt Samuel Jung-Jr., Ph. D., ehemaliger Arbeitsgruppenleiter am MPFI und nun Außerordentlicher Professor in der Abteilung Anatomie und Zellbiologie an der Universität von Iowa CCOM. „Während wir verstehen, dass einige der Allgemeinen Grundsätze, wie der Kelch ermöglicht eine ordnungsgemäße solide Verarbeitung , viele sind noch unbekannt. Also, wir wollten verstehen, wenn es mitochondrialen Veränderungen bei der subsynaptic Ebenen. Zur Beantwortung unserer Frage, wir brauchten das know-how der EM-Kern mit MPFI. Was begann als eine noch junge Idee und ein einfaches Gespräch und verwandelte sich in eine fruchtbare gemeinsame Anstrengung.“

Aufgrund Ihrer relativ kleinen Größe, Mitochondrien-Volumen und-Distributionen sind oft schwierig zu analysieren, die mit herkömmlichen Methoden und erfordern eine 3-D – Elektronen-Mikroskopie, um vollständig offenbaren Ihre komplizierten strukturellen details. Um dies zu erreichen die Jungen Labor erstellt einen Helfer-abhängigen adenoviralen Vektor mit der Mitochondrien-targeting-peroxidase, mito-APEX2 und drückte es auf die Maus calyx von Held. Zusätzlich zu, dass, die MPFI EM-team entwickelte Protokolle, um zu erkennen APEX2-markierten Mitochondrien von 3-D – Elektronen-Mikroskopie zur Durchführung der umfassenden Analyse der präsynaptischen Mitochondrien-Volumen und fülle.

„Unsere größte Herausforderung war die Entwicklung von Protokollen und workflows, die es uns erlauben würde zu Bild Mitochondrien innerhalb der calyx im detail mit Hilfe der erweiterten 3-D – EM-Technologien“, beschreibt Connon Thomas, EM-Assistenten auf MPFI und Erstautor der Veröffentlichung. „Nach der umfangreichen Optimierung, erarbeiteten wir zwei Strategien; die erste verwendet, serial block-face scanning Elektronenmikroskopie oder SBF-SEM für kurze, ist eine Art spezialisierte EM, die es uns ermöglicht, zu generieren, eine groß angelegte Reihe von 3-D-Bilder, um zu rekonstruieren und zu analysieren, die Mitochondrien in den terminals. Die zweite Strategie verwendet Automatisierten Tape-Sammlung von Ultra-Mikrotom serielle Abschnitt raster-Elektronen-Mikroskopie (ATUM-ssSEM), das ist eine Technik, die eine höhere Auflösung produziert Bilder, das macht es einfacher, zu analysieren, feine sub-synaptischen Strukturen.“

3-D-Rekonstruktionen mit Bildern SBF-SEM zeigte, dass die mitochondriale Volumen innerhalb der Reife Kelch und Umgebung axon waren signifikant höher als die in Ihrer unreife Gegenstück. Es schien auch, dass Mitochondrien selektiv angereichert in der Reife Kelch, mit höheren Volumina als die umliegenden axon. Diese Daten bestätigt die Idee, dass während der Entwicklung erhöht das mitochondriale Volumen Unterstützung der höheren Anforderungen der Energie ein aktiver reifer Kelch.

Durch genetische Werkzeuge entwickelt, die von Jungen Labor-und innovative neue Protokolle entwickelt MPFI s EM Kern, Ihr kombiniertes know-how generiert werden neuartige Ansätze mit breiten Anwendungen in der neurowissenschaftlichen Forschung. „Die enge Zusammenarbeit zwischen unseren EM-Kern und der Junge Lab war entscheidend für den Erfolg dieser Arbeit“, erklärt Naomi Kamasawa, Ph. D., Leiter des EM-Kern. Unsere Zusammenarbeit wird sich fortsetzen, und wird zweifellos bringen spannende neue Entwicklungen.“