Согласно исследованию Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе, поток меди в головном мозге играет ранее неизвестную роль в гибели клеток, обучении и памяти. Луи. Результаты исследователей показывают, что медь и ее переносчик, белок под названием Atp7a, жизненно важны для человеческого мышления. Они предполагают, что вариации генов, кодирующих Atp7a, а также других белков гомеостаза меди, могут частично объяснять различия в мышлении между людьми.
Используя нервные клетки крысы и мыши для изучения роли меди в головном мозге, исследователи обнаружили, что белок Atp7a доставляет медь к нервным синапсам, соединениям, которые позволяют нервам общаться друг с другом.
В синапсах ионы металлов влияют на важные компоненты, ответственные за усиление или ослабление нейронных связей. Изменяющаяся сила нейронных связей, называемая синаптической пластичностью, объясняет, среди прочего, нашу способность запоминать и учиться.
"Почему бы нам не думать в сто раз лучше, чем мы?" – спрашивает старший автор Джонатан Гитлин, М.D., Helene B. Роберсон, профессор педиатрии Медицинской школы Вашингтонского университета. "Один из ответов на этот вопрос: возможно, мы могли бы – если бы мозг мог устанавливать правильные связи. Мы обнаружили, что медь модулирует очень важные события в центральной нервной системе, которые влияют на то, насколько хорошо мы думаем."
Исследованием руководили аспиранты нейробиологии Мишель Шлиф, Ph.D., и Тим Уэст, доктор философии.D., в сотрудничестве с Энн Мари Крейг, Ph.D., и Дэвид М. Хольцман, М.D., Эндрю Б. и Гретхен П. Джонс, профессор и заведующий кафедрой неврологии, на этой неделе он появляется в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Исследователи обнаружили, что когда химический сигнал или нейротрансмиттер попадает на одну из микроскопических антенн, присутствующих в нервных синапсах, Atp7a реагирует и быстро переносит ионы меди из областей их хранения в нервных клетках на поверхность клетки.
Когда медь попадает в нервные синапсы, она снижает активность этих антенн, называемых рецепторами NMDA. Активность рецепторов NMDA определяет, насколько сильны связи между нервными клетками, а изменения в активности рецепторов имеют решающее значение для выживания, обучения и памяти клеток.
"В головном мозге некоторые нейроны имеют сильные связи, а некоторые – слабые, но это все время меняется," говорит Гитлин, который также является директором отдела генетики и геномной медицины в St. Детская больница Луи и научный директор Детского института открытий. "Пластичность связей между нейронами важна для выживания нервных клеток и для нашей способности мыслить так, как мы. Рецепторы NMDA являются важным компонентом этого процесса, и мы обнаружили, что Atp7a и медь являются ключевыми факторами, контролирующими их."
Поскольку белок Atp7a отвечает за перемещение меди по нервам, вариации гена Atp7a могут влиять на поток меди в нервной системе и функцию рецепторов NMDA.
Выводы исследователей основаны на более ранних исследованиях редкого нейродегенеративного расстройства – болезни Менкеса, которое возникает в результате аномального гена Atp7a. Потеря правильно функционирующего белка Atp7a у пациентов Menkes приводит к нарушению распределения меди в организме. Дети, рожденные с этим заболеванием, страдают трудноизлечимыми припадками и умственной отсталостью, и редко доживают до десяти лет.
Текущее исследование показало, что в нервных клетках мышей, лишенных Atp7a и поэтому не способных доставлять медь к синапсам, высокая активность рецепторов NMDA вызвала эксайтотоксическую гибель клеток, процесс, который убивает нервные клетки, которые были чрезмерно стимулированы. Это говорит о том, что в мозгу людей с Менкесом рецепторы NMDA, которые больше не модулируются медью должным образом, могут убивать важные нейроны и вызывать дегенерацию нейронов.
Фармацевтические компании работают над препаратами, которые ингибируют эксайтотоксическую гибель нервных клеток, и Гитлин считает, что в свете этих новых открытий такие соединения могут когда-нибудь привести к эффективному лечению болезни Менкеса.
Чтобы узнать больше о том, как медь и Atp7a влияют на мышление, исследователи планируют вывести лабораторных мышей, у которых они смогут выборочно нокаутировать Atp7a в гиппокампе, области мозга, важной для памяти. Затем они могут выяснить, есть ли у этих мышей проблемы с выполнением заданий, которым они когда-то научились.
Цитирование: Schlief ML, West T, Craig AM, Holtzman DM, Gitlin JD. Роль АТФазы Менкеса, транспортирующей медь, в нейрональной токсичности, опосредованной рецептором NMDA. Слушания Национальной академии наук, сентябрь. 25, 2006 (электронная публикация перед печатью).
Источник: Вашингтонский университет в Санкт-Петербурге. Луи