В своей третьей крупной исследовательской работе с декабря 2013 года профессор IST Austria Питер Йонас вместе со своим сотрудником, постдоком Хуа Ху, определяет новый субклеточный механизм надежной и быстрой передачи в так называемых корзинчатых клетках мозга. Результаты будут опубликованы на сайте Nature Neuroscience 23 марта 2014 г
Президент IST Austria Томас Хенцингер выразил свое восхищение: "Это необычная серия публикаций в крупных журналах, которая еще раз подчеркивает выдающуюся работу Питера Джонаса и его группы. Я поздравляю Петра с этими работами и институт с тем, что он позволил его ученым добиться таких замечательных достижений."
В научной статье Йонаса от 7 февраля 2014 г. сообщалось о первых доказательствах "микродомен" связь в зрелом центральном синапсе и исследует последствия для синаптической пластичности, а его статья Neuron, опубликованная 12 декабря 2013 г., посвящена синаптическим механизмам ритмических мозговых волн in vivo. Его последняя статья посвящена ключевому аспекту гранта Йонаса ERC на "Нанофизиология ГАМКергических интернейронов, экспрессирующих парвальбумин". Исследовательская группа Йонаса проводит передовые исследования в области клеточной нейробиологии, одним из основных направлений деятельности является функциональный анализ ГАМКергических интернейронов.
ГАМКергические интернейроны или клетки-корзины играют ключевую роль в обработке информации в нейронных сетях гиппокампа. Для выполнения своей функции передача сигнала должна быть быстрой и надежной: клетки корзины преобразуют входящий возбуждающий сигнал в исходящий тормозной сигнал с точностью до миллисекунды, и этот выходной сигнал должен быть распределен по большому количеству клеток-мишеней. Обычно считается, что два основных механизма позволяют сигналам перемещаться быстро и надежно: большой диаметр аксона и покрытие аксональной поверхности миелином, липидной мембраной, которая позволяет электрическому импульсу «прыгать» между разрывами в покрытии. Поскольку их аксоны тонкие и сильно разветвляются, большой диаметр аксонов не может работать в корзинчатых клетках. Кроме того, миелинизация не может быть вовлечена, потому что высокая плотность участков синаптической передачи, так называемых проходных бутонов, предотвращает образование миелинового покрытия. Поэтому исследователи спросили, как перед лицом этих препятствий клетки корзины могут быстро и надежно передавать сигналы. В своей статье Питер Джонас и Хуа Ху определяют новый субклеточный механизм надежной и быстрой передачи – контролируемое увеличение плотности Na + -каналов и проводимости в аксонах корзинчатых клеток.
Посредством субклеточных записей патч-кламп исследователи показывают, что потенциалы действия, нервные импульсы, инициируются близко к телу клетки, а затем очень надежно проходят по аксону. Интересно, что аксоны корзиночных клеток демонстрируют ступенчатое увеличение плотности каналов Na + и сопутствующую проводимость от тела клетки к проксимальному аксону, где инициируются потенциалы действия. Кроме того, плотность каналов и проводимость постепенно увеличиваются вдоль остальной части аксона. Каналы Na + в аксоне также инактивируются быстрее, чем каналы в теле клетки, что может повысить энергетическую эффективность распространения потенциала действия в аксоне. Основываясь на этих выводах, Джонас и Ху разработали кабельную модель корзиночных ячеек, показывающую, что низкой плотности каналов Na + достаточно для надежного распространения потенциала действия, но наблюдаемая высокая плотность каналов необходима для скорости распространения. Исследователи проверяют свое предсказание с помощью тетродотоксина, токсина, блокирующего каналы Na +. Когда они применяют тетродотоксин к корзинчатым клеткам, сигналы по-прежнему передаются надежно, но значительно медленнее. Кроме того, частота генерации потенциала действия снижается, когда каналы Na + заблокированы. Таким образом, плотность аксональных каналов Na + влияет как на надежность, так и на скорость передачи сигнала, а также на характерное высокочастотное возбуждение в ячейках корзины.
Ху и Джонас показывают, что корзиночные клетки компенсируют свой маленький диаметр аксонов и отсутствие миелинизации за счет высокой плотности каналов Na + и, следовательно, повышенной проводимости, что позволяет корзинчатым клеткам достигать надежности и скорости передачи сигнала. Таким образом, исследователи идентифицируют новый механизм надежной быстрой передачи сигналов в нейронах позвоночных, который ранее был описан только у беспозвоночных.