揭示线粒体的突触前分布和轮廓

听觉的能力依赖于神经元在非常快的时间尺度上不断地传递信息。这种快速的信息传输速率导致了强烈的能量需求。在我们的细胞内，被称为线粒体的微型发电厂提供了维持我们身体运动的主要能量来源。虽然线粒体在全身发挥着重要的功能，但在大脑中，它们发挥着特别关键的作用;提供促进突触传递(神经元之间的信息传递)所需的巨大能量。

在听觉系统有一个巨大的突触前末端，叫做赫尔德萼，它对双耳声音处理至关重要。在听觉开始之前，未成熟的花萼突触不会以非常快的速度释放神经递质。但一旦成熟，它们就会可靠而迅速地释放神经递质来编码听觉信息。，然而，如何线粒体支持成熟突触的能量需求活动仍然是未知的。

最近的一项研究发表在神经科学杂志来自MPFI和爱荷华大学CCOM的科学家们对赫尔德发育和成熟花萼中的线粒体的突触前分布和轮廓提供了前所未有的深入了解。

“我的实验室研究突触如何使神经回路传输各种各样的信息。特别是，我们对理解突触机制非常感兴趣，这种机制使精确识别和感知声音信息所需的快速听觉信号，以及它们对听觉缺陷的贡献，”前MPFI研究小组组长、现任爱荷华大学CCOM解剖学和细胞生物学副教授Samuel Young Jr.博士解释道。“虽然我们了解了一些花萼如何实现适当的声音处理的一般原理，但仍有许多是未知的。因此，我们想了解在亚突触水平上是否存在线粒体变化。为了回答我们的问题，我们需要MPFI新兴市场核心的专业知识。一开始只是一个初见雏形的想法和一次简单的对话，后来变成了富有成效的合作努力。”

由于线粒体体积相对较小，通常难以用传统方法分析其体积和分布，需要三维分析电子显微镜以充分展示它们错综复杂的结构细节。为了实现这一目标，杨实验室创建了一个辅助依赖的腺病毒载体线粒体靶向过氧化物酶，mitto - apex2，并在霍德小鼠花萼表达。此外，MPFI EM团队开发了一种通过3d电子显微镜检测apex2标记线粒体的方法，对突触前线粒体的体积和丰度进行广泛分析。

“我们最大的挑战是开发协议和工作流程，使我们能够使用先进的3-D- EM技术对花萼内的线粒体进行详细成像，”MPFI的EM助理、该出版物的第一作者Connon Thomas说。“经过大量优化，我们设计了两种策略;第一种是使用串行块面扫描电子显微镜(简称SBF-SEM)，这是一种专门的电子显微镜，它允许我们生成大规模的三维图像，以便重建和分析终端内的线粒体。第二种策略是使用自动磁带收集Ultra-Microtome串行切片扫描电子显微镜(atom - sssem)，这种技术可以产生更高分辨率的图像，从而更容易分析精细的亚突触结构。”

SBF-SEM三维重建图像显示，成熟花萼及其周围轴突的线粒体体积明显高于未成熟的花萼。线粒体似乎在成熟的花萼中选择性富集，其体积比周围的轴突大。这一数据证实了这样一种观点:在发育过程中，线粒体体积的增加支持更活跃的成熟花萼对更高能量的需求。

利用Young Lab开发的遗传工具和MPFI EM Core开发的创新新协议，他们的专业知识结合在一起，产生了在神经科学研究中广泛应用的新方法。“我们的EM Core和Young Lab之间的强大合作是这项工作成功的关键，”EM Core负责人Naomi Kamasawa博士指出。我们的合作将继续下去，无疑将带来令人兴奋的新发展。”

杨解释说:“为这项工作开发的新协议和应用程序将广泛应用于结合基因操作和电子显微镜研究不同的电路或不同的大脑区域。”