Meglepetés lehet, de az idegsejtek is digitális módon cserélnek információt!
A Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet (KOKI) tudósai felfedezték, hogy az idegsejtek miként képesek egységes és koherens jeleket küldeni egymásnak.
A KOKI kutatói az axonok eltérő átmérőjű szakaszain tanulmányozták az akciós potenciálokat, és felfedezték, hogy ezek a jelek valójában digitális formában biztosítják a sejtek közötti hatékony kommunikációt. Az axonok kicsiny mérete eddig megnehezítette az ilyen alapos mérések elvégzését.
Az idegsejtek kulcsfontosságú kommunikációs eszköze az akciós potenciál, amely egy rövid elektromos impulzus és az axon nevű nyúlványon terjedve gyorsan továbbítja az információt más idegsejtek, mirigyek vagy izmok felé. E folyamat zavara komoly idegrendszeri problémákhoz, például epilepsziához vagy izomgyengeséghez vezethet. Azonban az axon nem egy egyszerű, csőszerű struktúra, hanem inkább egy egyenetlen gyöngysorra hasonlít, amelynek különböző átmérőjű szakaszai vannak. Az átmérőnek nagy hatása van az elektromos jelek terjedésére, így elvileg befolyásolnia kellene az akciós potenciál lefutását.
A KOKI kutatói, Szabadics János irányításával, modern technológiák alkalmazásával mélyrehatóan tanulmányozták az akciós potenciálok viselkedését az axonok különböző átmérőjű szakaszaiban. Az axonok apró mérete eddig megnehezítette a részletes mérések elvégzését. Az elsődleges fókuszuk a hippokampusz nevű agyi terület moharost axonjaira irányult, amelyek nemcsak kis méretű végződéseket, hanem figyelemre méltóan nagy, óriás terminálisokat is tartalmaznak. A kutatás során elektrofiziológiai mérések, optikai technikák és számítási elemzések révén sikerült bizonyítaniuk, hogy az akciós potenciál alakja változatlan marad az axon különböző szakaszaiban.
Az akciós potenciál alakjának állandóságát bizonyos ioncsatornák egyenlőtlen eloszlása biztosítja – derült ki a KOKI kutatásából. A káliumcsatornák egy különleges csoportja, az úgynevezett Kv1 család nem homogén módon működik az axonok mentén. A keskenyebb szakaszokon, ahol az elektromos jel természeténél fogva lassulna, a Kv1 csatornák hatása felerősödik, így felgyorsítják az akciós potenciál lefolyását. Ennek köszönhetően az akciós potenciál alakja függetlenül az axon szélességétől egységes marad. Ennek eredményeként az axon mentén terjedő akciós potenciál valós digitális jelként funkcionál.
A kutatók alaposan tanulmányozták az akciós potenciálokat olyan eltérő axonokban is, amelyek nem rendelkeznek különösen kiemelkedő struktúrával, de átmérőjük széles spektrumot ölel fel, hasonlóan a legtöbb ismert idegsejt axon nyúlványához. Az eredmények azt mutatják, hogy bár az akciós potenciál formája között különbségek tapasztalhatók az egyes axontípusok között, egy adott axontípuson belül az átmérő nem gyakorol hatást a jel alakjára. A KOKI kutatócsoportjának felfedezése új perspektívát nyújt az idegsejtek működésének megértésében. Az ioncsatornák koncentrációjának szabályozása kulcsszerepet játszik abban, hogy az idegsejtek eltérő átmérőjű axonjaiban egységes és koherens jelek terjedhessenek.
A kutatás eredményei a Plos Biology folyóiratban jelentek meg Brunner János első szerzőségével, további betekintést nyújtva az idegsejtek biológiai folyamataiba.
