Beyindeki nöronlar karışık ağlar kurarak bağlantılar oluştururlar. Hücreler bu ağlar aracılığıyla, motor, bilişsel ve diğer işlevleri kontrol etmek için birbirleriyle iletişim kurarlar.

Bir nöron aktive edildiğinde elektrik sinyali yayar. Ama bu sinyal iki nöron arasındaki bağlantı olan sinapstan geçemez. Bu nedenle bir nörondan diğerine olan iletişim sinirsel iletiler (nörotransmiterler) olarak adlandırılan sinyalleşme kimyasalları içeren küçük, zarlı kapsüllerin sinaps boyunca salınmasıyla gerçekleştirilir.

Elektrik sinyali, kesecik (vezikül) olarak adlandırılan bu kapsülleri nöronun sinaps öncesindeki (pre-sinaptik) uçlardaki zar ile kaynaşması için tetikler ve böylelikle sinirsel iletileri iki hücre arasındaki boşluğa bırakır. Sinirsel iletiler sinaptik boşluğa yayılarak sinaptik boşluğun karşı tarafındaki (post-sinaptik) nöronun reseptörlerini aktive ederek bu hücrede bir elektrik sinyalini tetikler.

Sinirsel iletiler tek bir yönde ilerlediğinden (pre-sinaptik nörondan post-sinaptik nörona) bu işleyişin devam edebilmesi için keseciklerin yeniden oluşturulması gerekmektedir. Okinawa Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nde Hücresel ve Moleküler Sinaptik İşlev Birimi’nden (OIST) Profesör Takahashi, “Geri dönüşüm, sinapsları işlevsel tutmak için kritik bir süreçtir.” diye açıklıyor. Yakın zamanda Cell Reports’ta yayınlanan yeni çalışmalarında Takahashi ve meslektaşları görece daha az anlaşılmış olan bu keseciklerin geri dönüşümü olayına açıklık getirdiler.

Keseciklerin geri dönüşümünün üç adımı vardır: Birincisi, kesecik oluşumu için yağdan oluşan zar, nöronun zarından ayrılmalıdır ki bu endositoz adı verilen bir süreçtir. Daha sonra kesecikler sinirsel ileti ile doldurulmalıdır. Son olarak, doldurulmuş olan kesecikler salındıkları bölgeye nakledilmelidirler. Endositoz iyi araştırılmış olmasına rağmen, yeniden dolum işlemi hakkında çok az şey biliniyordu. Takahashi, eski bir OIST araştırmacısı ve Doshisha Üniversitesi’ndeki meslektaşları ile işbirliği içinde, en az bir sinaps türü için yeniden dolumun endositozdan daha uzun sürdüğünü ortaya koydu.

Bu bulgulara göre, yeniden dolum işlemi keseciklerin sinapslarda hangi hızla geri dönüştürüldüğünü ve yeniden kullanıldığını belirleyebilir. Prof. Takahashi, sinirbilimcilerin uzun zamandır geri dönüşüm hızını sınırlayanın endositoz olduğunu düşündüklerini belirtiyor ve ekliyor “Ancak biz keseciklerin dolum oranının da önemli bir faktör olduğunu gösterdik.”

Nöronlar, sinaps boyunca saldıkları sinirsel iletilere bağlı olarak uyarıcı veya baskılayıcı bağlantılar oluşturabilirler. Bir sinirsel ileti çeşidi olan glutamat, uyarıcı bir sinyal boyunca taşınır, yani bu ilk hücreden gelen elektrik sinyalinin ikinci hücreye geçme şansının artması anlamına geliyor. Buna karşın GABA ve glisin sinirsel iletileri sonraki hücrenin uyarılmamasını sağlayan baskılayıcı bir mesaj iletir.

Prof. Takahashi’nin grubu daha önce uyarıcı sinapslarda geri dönüşüm sırasında glutamatın hangi hızla keseciklere geri alındığını ölçmüştü. Ancak yeniden dolum oranı, baskılayıcı sinapslarda çalışılmamıştı. Prof. Takahashi ve iş arkadaşları, eşzamanlı olarak inhibitör sinapstaki pre-sinaptik ve post-sinaptik uçlardan kayıt almak için cam elektrotlar kullandılar. Bu sayede, GABA’nın baskılayıcı uçlardan keseciklerin içine geri alınmasının, glutamatın uyarıcı sinapslardan keseciklerin içine geri alınmasından beş ile altı kat daha yavaş olduğunu gösterdiler.

GABA’nın keseciklere geri alınma oranı “kafesli GABA bileşiği ultraviyole fotoliyazı” olarak adlandırılan özel bir teknik kullanılarak hesaplandı. Araştırmacılar keseciklerin yeniden dolumunu engelleyen sentetik bir bileşik tarafından “kafeslenen” GABA’yı pre-sinaptik uçlara enjekte ettiler. Nörotransmiterin kafesten salınması sentetik bileşiğin üç boyutlu yapısını değiştirebilmek için enerji sağlayan ultraviyole aydınlatması ile kontrol edilir. Böylelikle bilim insanları ultraviyole flaşı kullanarak, GABA’yı belirli bir anda pre-sinaptik uçlara bırakabildi ve akabinde GABA’nın kesecikleri geri alınma oranını ölçebildi.

Bir nöronun sinaps boyunca mesaj taşıyan keseciklerin kullanılması nedeniyle uyarılamamasına sinaptik depresyon denilir. Dikkat çekici bir nokta da şu ki, GABA ile keseciklerin yeniden doldurulması için geçen süre ile bir sinapsın sinaptik depresyondan kurtulması için geçen toplam süre hemen hemen aynı olarak hesaplandı. Bu, iyileşme süresinin çoğunun keseciklerin yeniden doldurulmasına ayrıldığını gösteriyor. Bunun tersine, yeni kesecik oluşumu nispeten daha az zaman alır. Keseciklerin yeniden doldurulmasının zaman alıcı olmasının sebebi GABA’nın keseciklerdeki pompalar kullanılarak hücrenin geri kalan kısmına kıyasla kesecik içerisinde 10-100 kez yoğunlaştırılmış olmasıdır.

Bu nedenle araştırmacılar GABA ile keseciklerin yavaş dolum oranının, baskılayıcı sinapslardaki sinirsel ileti geri dönüşüm işlemi için hız sınırlayıcı bir adım olabileceği sonucuna varmışlardır.

Beyindeki tüm baskılayıcı nöronlar GABA veya glisin (GABA ile aynı şekilde geri dönüştürülen ve aynı moleküler pompa kullanarak keseciklere yeniden doldurulan bir sinirsel ileti) kullandığından, bu prensip muhtemelen beyindeki tüm inhibitör nöronlar için geçerlidir.

Bu da keseciklerin yeniden doldurma işleminin birçok kritik beyin işlevini sürdürmek için çok önemli olduğunu göstermektedir.

 

Çeviren: Gonca Bayraktar
Düzenleyen: Gizem Karslı Uzunbas

Özgün metin: https://www.sciencedaily.com/releases/2018/03/180326090559.htm
Orjinal makale: Manami Yamashita, Shin-ya Kawaguchi, Tetsuya Hori, Tomoyuki Takahashi. Vesicular GABA Uptake Can Be Rate Limiting for Recovery of IPSCs from Synaptic Depression. Cell Reports, 2018; 22 (12): 3134          DOI: 10.1016/j.celrep.2018.02.080

Görseli kaynağından yeniden düzenleyen: Gonca Bayraktar
Görsel kaynağı: https://www.shutterstock.com/image-vector/neurotransmitter-release-mechanisms-neurotransmitters-packaged-into-424288435?src=yRo2uACjBmS8_bI-3VT3Xw-1-1