Аксоны — длинные отростки нейронов, по которым электрические сигналы передаются другим клеткам. Столетие их изображали как ровные трубки с редкими синаптическими утолщениями. Утолщения в виде «бусин» считались признаком патологии: такое наблюдалось в умирающих нейронах и при нейродегенеративных болезнях, включая болезнь Паркинсона. Однако группа Шигеки Ватанабе показала наличие мелких повторяющихся вздутий — «несинаптических варикоз» — в сохранённых в естественном виде аксонах, что указывает на норму, а не повреждение.
Импульсом к исследованию стали наблюдения за аксонами червей и гипотеза о роли внутреннего цитоскелета. Однако нарушение этого каркаса не устранило «жемчужную» структуру, что направило учёных к изучению физических свойств мембраны вместе с теоретиком Падмини Рангамани.
Для визуализации структур, в 100 раз тоньше человеческого волоса, применили криоэлектронную микроскопию высокого давления: заморозка сохраняет форму лучше, чем химическая фиксация и обезвоживание. Были изучены культивируемые нейроны мыши, нейроны взрослых мышей и эмбрионов. «Жемчужный» вид подтверждён десятками тысяч изображений и микроскопией живых клеток, что исключило артефакт заморозки.
Математические модели показали, что форму определяют физические силы мембраны без жёсткого внутреннего каркаса. Увеличение концентрации сахара в среде уменьшало вздутия, как и повышение натяжения мембраны в модели. Удаление холестерина делало мембрану менее жёсткой, изменяло «жемчужную» структуру и замедляло сигналы. При этом скорость зависела не только от ширины вздутий, но и от узких сегментов между ними.
Аксоны не статичны. Под действием высокочастотной стимуляции вздутия увеличивались в среднем на 8% в длину и на 17% в ширину, эффект сохранялся минимум 30 минут. Скорость сигналов снижалась на срок до часа. При удалении холестерина изменения ослабевали, и значимого замедления не наблюдалось, что указывает на участие мембранной пластичности в регуляции передачи сигналов.
Носкорее исследование команды уже в тканях человеческого мозга (полученных при операциях по поводу эпилепсии, Chelsy Eddings и соавт., Neuron, 2025) выявило «жемчужные» аксоны и ультрабыстрый эндоцитоз у синапсов. Эти данные расширяют выводы, но не доказывают, что все аксоны человека одинаковы или что эффекты на сигнализацию повсеместны идентичны.
Проект поддержан грантом NIMH на моделирование связи структуры и сигналов. Параллельно шотландские исследователи ищут способы менять диаметр аксонов фармакологически. Ключевой вопрос на будущее — как отличать нормальную «жемчужную» архитектуру от патологического бусовидного вздутия при нейроболезнях, что важно для диагностики нарушений нейронального «провода».
Комментарии:
Комментарии
Меня эта новость зацепила сразу — и не столько нейробиологией, сколько тем, как легко мы принимаем картинку из учебника за истину. Целое столетие аксоны рисовали гладкими трубками, а вздутия автоматически читали как признак болезни. Оказалось, «нить жемчуга» — это норма, заданная физикой мембраны, и она ещё и пластична: после высокочастотной стимуляции вздутия меняются, а скорость сигналов снижается на срок до часа. Сколько ещё «патологий» в науке и в жизни окажется просто непонятой нормой?
Важные оговорки в тексте тоже есть, и их стоит держать в уме. Основная часть работы выполнена на нейронах мышей и червей; данные по человеческому мозгу получены на тканях, изъятых при операциях по поводу эпилепсии, — то есть это уже не совсем «типичный» мозг, и авторы честно подчёркивают, что это не доказывает универсальности эффектов. Отдельный открытый вопрос — как отличать нормальные варикозы от патологических вздутий при нейродегенерации, ведь внешне они могут быть похожи.
А ещё я поймала себя на мысли, что это исследование — красивая метафора того, как работает наше восприятие: мы видим то, что готовы увидеть, и фильтруем реальность через привычные схемы. Об этом я подробно писала в разборе того, как фильтры нашего восприятия меняют реальность. Интересно, как вы думаете: если даже нейробиологи столетие смотрели на аксон и не видели его настоящей формы — на что в собственной жизни мы смотрим так же привычно и так же слепо?