$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Względny wpływ każdego zakończenia synaptycznego należącego do "unitarnego połączenia" (tj. połączenia między 2 komórkami nerwowymi) jest zazwyczaj oceniany na podstawie jego wpływu na początkowy segment neuronu postsynaptycznego1,2. Zapisy somatyczne i/lub dendrytyczne z neuronów postsynaptycznych stanowią najpowszechniejszy i do tej pory również najbardziej produktywny sposób wyjaśniania przetwarzania informacji w perspektywie odgórnej lub pionowej3,4,5. Jednak obecność astrocytów z ich dyskretnymi i (u gryzoni) nienakładającymi się terytoriami może przyczynić się do perspektywy horyzontalnej, która opiera się na lokalnych mechanizmach wymiany, integracji i synchronizacji sygnałów w miejscach synaptycznych6,7,8,9,10.
Ponieważ wiadomo, że astroglej odgrywa, ogólnie rzecz biorąc, główną rolę w patogenezie chorób neurodegeneracyjnych11,12 a w szczególności rolę w utrzymaniu i plastyczności synaps glutaminergiczne13,14,15,16, można sobie wyobrazić, że zmiany w wydajności synaps ewoluują zgodnie ze stanem astrocytów we wspólnym obszarze docelowym włókien doprowadzających o różnym pochodzeniu. Aby dokładniej zbadać lokalne mechanizmy regulacyjne w zdrowiu i chorobie pochodzące od celu/astrogleju, konieczna jest ocena poszczególnych synaps. Niniejsze podejście zostało opracowane w celu oszacowania zakresu funkcjonalnych wskaźników uwalniania i klirensu glutaminianu oraz zdefiniowania kryteriów, które mogą być wykorzystane do identyfikacji dysfunkcyjnych (lub odzyskanych) synaps w obszarach mózgu najściślej związanych z inicjacją ruchu (tj. przede wszystkim w korze ruchowej i prążkowiu grzbietowym).
Prążkowie nie posiada wewnętrznych neuronów glutaminergicznym. Dlatego stosunkowo łatwo jest zidentyfikować aferenty glutaminergiczne pochodzenia pozaprążkowiowego. Te ostatnie pochodzą głównie z przyśrodkowego wzgórza i kory mózgowej (zobacz17,18,19,20 po więcej). Synapsy korowo-korowe są tworzone przez aksony neuronów piramidowych zlokalizowanych w warstwach korowych 2/3 i 5. Odpowiednie aksony tworzą obustronne połączenia śródmózgowiowe (IT) lub połączenia ipsilateralne za pośrednictwem systemu światłowodowego, który bardziej doogonowo tworzy drogę piramidową (PT). Zasugerowano ponadto, że terminale typu IT i PT różnią się charakterystyką wydania i rozmiarem21,22. W świetle tych danych można również spodziewać się pewnych różnic w obchodzeniu się z glutaminianem.
Prążkowie jest najbardziej dotkniętym obszarem mózgu w chorobie Huntingtona (HD)5. Choroba Huntingtona u ludzi jest ciężką chorobą neurodegeneracyjną dziedziczoną genetycznie. Mysi model Q175 daje możliwość zbadania komórkowych podstaw hipokinetycznie sztywnej postaci HD, stanu, który ma wiele wspólnego z parkinsonizmem. Począwszy od wieku około 1 roku, homozygoty Q175 myszy (HOM) wykazują oznaki hipokinezji, co ujawniono poprzez pomiar czasu spędzonego bez ruchu na otwartym polu23. Obecne eksperymenty na heterozygotach Q175 (HET) potwierdziły wcześniejsze deficyty motoryczne obserwowane w HOM, a ponadto wykazały, że obserwowanym deficytom motorycznym towarzyszył obniżony poziom białka astrocytowego transportera aminokwasów pobudzających 2 (EAAT2) w bezpośrednim sąsiedztwie korowo-striatalicznych zakończeń synaptycznych 24. W związku z tym wysunięto hipotezę, że deficyt wychwytu glutaminianu astrocytarnego może prowadzić do dysfunkcji, a nawet utraty odpowiednich synaps25,26.
Tutaj opisujemy nowe podejście, które pozwala ocenić klirens glutaminianu pojedynczej synapsy w stosunku do ilości uwolnionego neuroprzekaźnika. Nowy czujnik glutaminianu iGluu uległ ekspresji w neuronach piramidowych kory mózgowej. Został opracowany przez Katalin Török27 i stanowi modyfikację wcześniej wprowadzonego czujnika glutaminianu o wysokim powinowactwie, ale powolnym iGluSnFR28. Oba czujniki są pochodnymi wzmocnionego białka zielonej fluorescencji (EGFP). Aby zapoznać się z charakterystykami spektralnymi i kinetycznymi, zobacz Helassa et al.27. Krótko mówiąc, iGluu jest czujnikiem o niskim powinowactwie z kinetyką szybkiej dezaktywacji i dlatego szczególnie dobrze nadaje się do badania klirensu glutaminianu na końcach synaptycznych uwalniających glutaminian. Stała czasowa dysocjacji iGluu została wyznaczona w urządzeniu z zatrzymanym przepływem, które dało wartośćTau off 2,1 ms w 20 °C, ale 0,68 ms przy ekstrapolacji do temperatury 34 °C27. Pojedyncze końcówki poboczne Schaffera badane w temperaturze 34 °C za pomocą spiralnego skaningu laserowego w regionie CA1 organtypowych kultur hipokampa pod mikroskopem 2-fotonowym wykazywały średnią stałą czasową rozpadu wynoszącą 2,7 ms.