Синаптосома: Нейрондық қатынастарды зерттеу құралы

Кіріспе

Синаптосома – нейроннан бөлінген синаптық терминал. Синаптосомалар изотоникалық жағдайларда жүйке тінінің жеңіл гомогендеуі және кейін дифференциалдық және тығыздық градиентті центрифугалау арқылы фракциялау арқылы алынады. Сұйық серпіліс нерв терминалдарын аксоннан және нерв терминалын қоршаған плазмалық мембранадан ажыратады, ал мембрана қайтадан жабысады. Синаптосомалар осмостық сезімтал, көптеген кішкентай мөлдір синаптық көпіршіктерді, кейде ірі тығыз ядролы көпіршіктерді және көбінесе бір немесе бірнеше кішкентай митохондрияларды қамтиды. Олар бастапқы нерв терминалының морфологиялық ерекшеліктері мен көптеген химиялық қасиеттерін сақтайды. Сүтқоректілер миынан бөлінген синаптосомалар белсенді аймаққа қаратылған, қосылған постсинаптық мембрананың бөлігін сақтайды. Синаптосомалар алғаш рет ми тіні изоосмостық сахарозада гомогенделген кезде қалған байланысқан ацетилхолин фракциясына сәйкес келетін субклеткалық бөлікті анықтау мақсатымен оқшауланды. Ацетилхолин мен оны синтездейтін фермент – холин ацетилтрансферазаны қамтитын бөлшектерді алғаш рет Хебб пен Уиттакер (1958) Ұлыбританиядағы Кембридж қаласындағы Бабрахам қаласындағы Жануарлар физиологиясы институтының Ауыл шаруашылығы ғылыми-зерттеу кеңесінде оқшаулады. Лондон университетінің колледжінің электромикроскописі зерттеушісі Джордж Греймен бірлескен зерттеуде Виктор П. Уиттакер гинея шошқасының ми қабығынан алынған ацетилхолинге бай бөлшектердің нерв терминалынан бөлінген синаптық көпіршіктерге бай екенін көрсетті. Уиттакер осы фракциялау арқылы алынған бөлшектерді сипаттау үшін «синаптосома» терминін енгізді, ал көп ұзамай лизделген синаптосомалардан синаптық көпіршіктерді оқшаулау мүмкін болды. Синаптосомалар әдетте түтікшеде синаптық берілісті зерттеу үшін қолданылады, себебі олар нейротрансмиттерлерді қабылдау, сақтау және босату үшін қажетті молекулалық механизмдерді қамтиды. Сонымен қатар, олар дәрі-дәрмектерді сынау үшін кеңінен қолданылатын құралға айналды. Олар қалыпты мембраналық потенциалды сақтайды, пресинаптық рецепторларды қамтиды, метаболиттер мен иондарды транслокациялайды және деполяризацияланғанда Ca2+ тәуелді түрде бірнеше нейротрансмиттерді (ацетилхолин, аминқышқылдары, катехоламиндер және пептидтер) босатады. Бүкіл мидан немесе мидың белгілі бір аймақтарынан оқшауланған синаптосомалар синаптық көпіршіктердің босатылуындағы құрылым-функция байланыстарын зерттеу үшін де пайдалы модельдер болып табылады. Синаптосомаларды мидан басқа тіндерден де, мысалы, жұлыннан, торлы қабықшадан, миентериялық плекстен немесе электр шағаласының электр органынан оқшаулауға болады. Синаптосомалар постсинаптық тығыздықтарды немесе синаптық көпіршіктермен бірге синаптық белсенді аймақты оқшаулау үшін қолданылуы мүмкін. Осыған сәйкес, оқшауланған синаптосомалардың әртүрлі субпротеомдарын, мысалы, синаптық көпіршіктерді, синаптық мембраналарды немесе постсинаптық тығыздықтарды протеомикалық әдістермен зерттеуге болады, бұл мидың нейротрансмиссиясы мен нейропластикасының молекулалық механизмдерін тереңірек түсінуге мүмкіндік береді.

A synaptosome is an isolated synaptic terminal from a neuron. Synaptosomes are obtained by mild homogenization of nervous tissue under isotonic conditions and subsequent fractionation using differential and density gradient centrifugation. Liquid shear detaches the nerve terminals from the axon and the plasma membrane surrounding the nerve terminal particle reseals. Synaptosomes are osmotically sensitive, contain numerous small clear synaptic vesicles, sometimes larger dense core vesicles and frequently one or more small mitochondria. They carry the morphological features and most of the chemical properties of the original nerve terminal. Synaptosomes isolated from mammalian brain often retain a piece of the attached postsynaptic membrane, facing the active zone. Synaptosomes were first isolated in an attempt to identify the subcellular compartment corresponding to the fraction of so called bound acetylcholine that remains when brain tissue is homogenized in iso osmotic sucrose. Particles containing acetylcholine and its synthesizing enzyme choline acetyltransferase were originally isolated by Hebb and Whittaker (1958) at the Agricultural Research Council, Institute of Animal Physiology, Babraham, Cambridge, UK. In a collaborative study with the electron microscopist George Gray from University College London, Victor P. Whittaker eventually showed that the acetylcholine rich particles derived from guinea pig cerebral cortex were synaptic vesicle rich pinched off nerve terminals. Whittaker coined the term synaptosome to describe these fractionation derived particles and shortly thereafter synaptic vesicles could be isolated from lysed synaptosomes. Synaptosomes are commonly used to study synaptic transmission in the test tube because they contain the molecular machinery necessary for the uptake, storage, and release of neurotransmitters. In addition they have become a common tool for drug testing. They maintain a normal membrane potential, contain presynaptic receptors, translocate metabolites and ions, and when depolarized, release multiple neurotransmitters (including acetylcholine, amino acids, catecholamines, and peptides) in a Ca2+ dependent manner. Synaptosomes isolated from the whole brain or certain brain regions are also useful models for studying structure function relationships in synaptic vesicle release. Synaptosomes can also be isolated from tissues other than brain such as spinal cord, retina, myenteric plexus or the electric ray electric organ. Synaptosomes may be used to isolate postsynaptic densities or the presynaptic active zone with attached synaptic vesicles. Accordingly, various subproteomes of isolated synaptosomes, such as synaptic vesicles, synaptic membranes, or postsynaptic densities can now be studied by proteomic techniques, leading to a deeper understanding of the molecular machinery of brain neurotransmission and neuroplasticity.