DetectSyn: un metodo fluorescente rapido e imparziale per rilevare i cambiamenti nella densità delle sinapsi

Le sinapsi sono l’unità fondamentale della comunicazione tra i neuroni¹. Molte sinapsi tra neuroni all’interno delle stesse regioni danno origine a circuiti che mediano il comportamento². Le sinapsi sono costituite da un terminale presinaptico di un neurone che rilascia neurotrasmettitori o neuropeptidi che trasmettono informazioni ai recettori postsinaptici di un altro neurone. La somma dei segnali presinaptici determina se il neurone postsinaptico attiverà un potenziale d’azione e propagherà il messaggio ad altri neuroni.

La sinaptopatologia, la rottura delle sinapsi, si manifesta in malattie e disturbi caratterizzati da diminuzione del volume neurale, come il morbo di Alzheimer e il disturbo depressivo maggiore, con conseguente circuiti che non funzionano più in modo ottimale ^3,4,5. Il ripristino della densità delle sinapsi probabilmente è alla base dell’efficacia dei potenziali trattamenti per questi disturbi. Ad esempio, è stato recentemente dimostrato che l’aumento delle sinapsi è alla base dell’efficacia comportamentale degli antidepressivi rapidi⁶. Per esaminare rapidamente possibili trattamenti sinaptopatologici, i ricercatori richiedono tecniche che identifichino rapidamente i cambiamenti nei numeri delle sinapsi.

Le metodologie attuali sono lunghe e costose (microscopia elettronica, tomografia ad array), oppure esaminano solo i cambiamenti postsinaptici senza incorporare l’impegno presinaptico (analisi della colonna vertebrale, immunofluorescenza / colocalizzazione). Coloranti come DiI o proteine fluorescenti come GFP aiutano a visualizzare i neuroni e caratterizzano le spine postsinaptiche. Tuttavia, l’analisi della colonna vertebrale utilizza rapporti definiti dal ricercatore per determinare la morfologia, che può ridurre la riproducibilità⁷. Inoltre, il modo in cui le diverse classi della colonna vertebrale si riferiscono alle sinapsi funzionali è ancora in fase di scoperta⁸. La formazione della colonna vertebrale può essere transitoria e può riflettere la plasticità postsinaptica, ma queste spine potrebbero essere eliminate prima di stabilizzarsi in una sinapsi con un neurone presinaptico⁹.

La colocalizzazione fornisce un proxy migliore per le sinapsi rispetto all’analisi della colonna vertebrale perché si può immunostain per le proteine presinaptiche e postsinaptiche. Tuttavia, le proteine sinaptiche possono produrre bassi valori di colocalizzazione perché le proteine sono giustapposte e potrebbero non sovrapporsi in modo coerente. Pertanto, poiché le proteine non sono completamente sovrapposte, le tecniche di colocalizzazione potrebbero non misurare con precisione i cambiamenti nella formazione delle sinapsi a causa di queste informazioni mancanti. Infine, sebbene sia la microscopia elettronica (EM) che la tomografia array forniscano immagini ad alta risoluzione delle sinapsi, richiedono molto tempo. EM richiede inoltre attrezzature specializzate e i ricercatori sono limitati a piccoli volumi di tessuto per ogni dato esperimento. Mentre la tomografia ad array fornisce elegantemente la possibilità di selezionare molte proteine su sezioni ultrasottili e può essere combinata con EM¹⁰, questa tecnica può essere troppo laboriosa e al di là dello scopo degli esperimenti che devono eseguire rapidamente la scansione per i cambiamenti nella formazione delle sinapsi.

DetectSyn è un’applicazione specifica del Duolink Proximity Ligation Assay. Il test PLA consente la rilevazione generale delle interazioni proteina-proteina. DetectSyn collega le misure postsinaptiche proxy amplificando un segnale fluorescente emesso da proteine pre- e postsinaptiche taggate entro 40 nm l’una dall’altra. Se le proteine sinaptiche sono entro 40 nm, come all’interno di una fessura sinaptica, allora gli anticorpi secondari, che contengono sonde di DNA, si ibridano in DNA circolare. Questo DNA circolare ibridato esprime una sonda fluorescente, che viene poi amplificata e rilevata con tecniche standard di microscopia fluorescente (vedi Figura 1). Fondamentalmente, a differenza della tomografia EM e array, questa tecnica non richiede attrezzature specializzate e richiede circa la stessa quantità di tempo dell’immunoistochimica standard. L’accessibilità di questa tecnica, quindi, consente ai ricercatori al di fuori delle istituzioni ad alta intensità di ricerca di partecipare alla ricerca sinaptopatologica. Inoltre, questa tecnica può esaminare i cambiamenti della densità sinaptica in più regioni del cervello all’interno di un singolo esperimento, offrendo una rappresentazione più olistica dei cambiamenti sinaptici dovuti a malattie o trattamenti.