Mikroskopie-Technik Häuser auf Verbindungen zwischen Neuronen

Verzweigung: Ein Netzhautneuron (blau) verbindet sich mit vielen benachbarten Neuronen, wobei Proteine an diesen Verbindungen magenta und grün leuchten.

Eine leistungsstarke Form der Mikroskopie bildet Verbindungen zwischen Neuronen ab und könnte Forschern helfen, die Kommunikation zwischen den Zellen besser zu verstehen.

Jedes Neuron verbindet sich mit Hunderten oder sogar Tausenden von anderen durch winzige Verbindungen, die Synapsen genannt werden. Unter einem Lichtmikroskop können Synapsen miteinander verschwimmen. Die Elektronenmikroskopie kann Synapsen mit höherer Auflösung zeigen, aber diese Technik erfordert die Vorbereitung von Proben auf eine Weise, die synaptische Proteine schädigen kann.

In der neuen Studie, die am 8. Oktober in Cell veröffentlicht wurde, verwendeten die Forscher eine Form der hochauflösenden Lichtmikroskopie namens Stochastic Optical Reconstruction Microscopy (STORM), um Neuronen und ihre Verbindungen in der Netzhaut der Maus zu untersuchen – lichtempfindliches Gewebe auf der Rückseite des Augenes1.

Gewöhnliche Lichtmikroskopie kann fluoreszenzmarkierte Strukturen, die nahe beieinander liegen, nicht auflösen. STORM, das 2006 eingeführt wurde, besteht darin, einzelne Gruppen von Etiketten mit großem Abstand zu fotografieren und sie zu einem sehr detaillierten Bild zu kombinieren.

STORM kann zwischen Merkmalen unterscheiden, die 20 Nanometer voneinander entfernt sind — etwa der Abstand über eine Synapse. Um eine gute Tiefenauflösung beim Blick durch das Gewebe zu erhalten, schnitten die Forscher Abschnitte mit einer Dicke von nur 70 Nanometern und kombinierten dann die Bilder jeder Scheibe digital.

Mit fluoreszierenden Markern, die an synaptische Proteine binden, markierten die Wissenschaftler die Synapsen und die Proteine auf beiden Seiten. Sie entwickelten auch die Mausneuronen, um fluoreszierende Proteine zu exprimieren und die Formen ganzer Neuronen aufzudecken.

Die Forscher erstellten ein automatisiertes Programm, um den Ort und den Typ jeder Synapse basierend auf der Verteilung spezifischer Proteine an jeder Synapse zu identifizieren. Das Programm kann zwischen Synapsen unterscheiden, die Signale verstärken, und solchen, die sie dämpfen, und ihre Anordnung in der Netzhaut aufdecken.

Die neue Bildgebungsplattform könnte zeigen, wie Autismus-bedingte Mutationen in Genen, die für synaptische Proteine kodieren, die Schaltkreise im Gehirn verändern könnten.