DetectSyn: طريقة فلورسنت سريعة وغير متحيزة للكشف عن التغيرات في كثافة المشبك

نقاط الاشتباك العصبي هي الوحدة الأساسية للتواصل بين الخلايا العصبية¹. العديد من نقاط الاشتباك العصبي بين الخلايا العصبية داخل نفس المناطق تؤدي إلى دوائر تتوسط السلوك². تتكون المشابك العصبية من طرف ما قبل المشبكي من خلية عصبية واحدة تطلق ناقلات عصبية أو ببتيدات نيوروببتيدات تنقل المعلومات إلى مستقبلات ما بعد المشبكي لخلية عصبية أخرى. يحدد جمع الإشارات قبل المشبكي ما إذا كانت الخلايا العصبية ما بعد المشبكي ستطلق إمكانات عمل وتنشر الرسالة إلى الخلايا العصبية الأخرى.

ينشأ علم الأمراض المشبكي ، وهو انهيار نقاط الاشتباك العصبي ، في الأمراض والاضطرابات التي تتميز بانخفاض الحجم العصبي ، مثل مرض الزهايمر والاضطراب الاكتئابي الرئيسي ، مما يؤدي إلى دوائر لم تعد تؤدي على النحو الأمثل^3،4،5. من المحتمل أن تكون استعادة كثافة المشبك الداخلي وراء فعالية العلاجات المحتملة لهذه الاضطرابات. على سبيل المثال ، ثبت مؤخرا أن زيادة نقاط الاشتباك العصبي تكمن وراء الفعالية السلوكية لمضادات الاكتئاب السريعة⁶. لفحص علاجات التشابك العصبي المحتملة بسرعة، يحتاج الباحثون إلى تقنيات تحدد بسرعة التغييرات في أرقام المشبك العصبي.

المنهجيات الحالية إما مستهلكة للوقت ومكلفة (المجهر الإلكتروني ، التصوير المقطعي المصفوفي) ، أو أنها تدرس فقط التغيرات ما بعد المشبكي دون دمج المشاركة قبل المشبكي (تحليلات العمود الفقري ، التألق المناعي / التوطين المشترك). تساعد الأصباغ مثل DiI أو البروتينات الفلورية مثل GFP على تصور الخلايا العصبية وتوصيف العمود الفقري بعد المشبكي. ومع ذلك ، يستخدم تحليل العمود الفقري النسب التي يحددها الباحث لتحديد المورفولوجيا ، والتي يمكن أن تقلل من قابلية التكاثر⁷. علاوة على ذلك ، لا يزال يتم الكشف عن كيفية ارتباط فئات العمود الفقري المختلفة بالمشابك الوظيفية⁸. يمكن أن يكون تكوين العمود الفقري عابرا وقد يعكس اللدونة ما بعد المشبكي ، ولكن يمكن القضاء على هذه العمود الفقري قبل الاستقرار في مشبك عصبي مع خلية عصبية ما قبل المشبكي⁹.

يوفر التوطين المشترك وكيلا أفضل للمشابك العصبية من تحليل العمود الفقري لأنه يمكن للمرء أن يصبغ المناعة للبروتينات قبل المشبكي وما بعد المشبكي. ومع ذلك ، قد تنتج البروتينات المشبكية قيم توطين مشتركة منخفضة لأن البروتينات متجاورة وقد لا تتداخل باستمرار. وبالتالي ، نظرا لأن البروتينات ليست متراكبة بالكامل ، فقد لا تقيس تقنيات التوطين المشترك بدقة التغييرات في تكوين المشبك العصبي بسبب هذه المعلومات المفقودة. أخيرا ، على الرغم من أن كل من المجهر الإلكتروني (EM) والتصوير المقطعي المصفوفي يوفران صورا عالية الدقة للمشابك العصبية ، إلا أنهما يستهلكان وقتا طويلا. يتطلب EM أيضا معدات متخصصة ، ويقتصر الباحثون على كميات صغيرة من الأنسجة لأي تجربة معينة. في حين أن التصوير المقطعي بالصفيف يوفر بأناقة القدرة على فحص العديد من البروتينات على أقسام رقيقة للغاية ويمكن دمجها مع EM¹⁰ ، فقد تكون هذه التقنية كثيفة العمالة للغاية وتتجاوز نطاق التجارب التي تحتاج إلى المسح السريع بحثا عن التغييرات في تكوين المشبك.

DetectSyn هو تطبيق محدد لفحص ربط القرب Duolink. يسمح فحص PLA بالكشف العام عن التفاعلات بين البروتين والبروتين. يقوم DetectSyn بسد المقاييس الوكيلة لما بعد المشبكي عن طريق تضخيم إشارة الفلورسنت المنبعثة من البروتينات الموسومة قبل وبعد المشبكي في غضون 40 نانومتر من بعضها البعض. إذا كانت البروتينات المشبكية في حدود 40 نانومتر ، كما هو الحال داخل شق متشابك ، فإن الأجسام المضادة الثانوية ، التي تحتوي على مجسات الحمض النووي ، سوف تهجن إلى حمض نووي دائري. يعبر هذا الحمض النووي الدائري الهجين عن مسبار فلورسنت ، يتم تضخيمه واكتشافه باستخدام تقنيات الفحص المجهري الفلوري القياسية (انظر الشكل 1). والأهم من ذلك، على عكس التصوير المقطعي الكهرومغناطيسي والتصوير المقطعي المصفوفي، أن هذه التقنية لا تتطلب معدات متخصصة وتستغرق نفس الوقت تقريبا مثل الكيمياء النسيجية المناعية القياسية. وبالتالي ، فإن إمكانية الوصول إلى هذه التقنية تمكن الباحثين خارج المؤسسات كثيفة البحث من المشاركة في أبحاث علم الأمراض العصبي. علاوة على ذلك ، يمكن لهذه التقنية فحص التغيرات في كثافة المشبكية في مناطق دماغية متعددة ضمن تجربة واحدة ، مما يوفر تمثيلا أكثر شمولية للتغيرات المشبكية بسبب المرض أو العلاج.