Сообщения, передаваемые в нейронной сети, могут быть нацелены примерно на 100 миллиардов нервных клеток только в мозгу. Они, в свою очередь, взаимодействуют с миллионами других клеток и органов тела. Как же тогда целые каскады событий вызывают высокоспецифичные, быстрые и точно рассчитанные по времени реакции?? Команда из Института науки Вейцмана (Израиль) пролила свет на этот загадочный механизм.
Их открытие может иметь важные последствия для будущей разработки лекарств от эпилепсии и других заболеваний нервной системы. Эти результаты были недавно опубликованы в журнале Neuron.
Секрет в контроле электрических сигналов, генерируемых клетками. Эти сигналы зависят от ионных каналов – мембранных белков, обнаруженных в возбудимых клетках, таких как нервные клетки, – которые позволяют им генерировать электрические сигналы в зависимости от того, открыты или закрыты каналы. Проф. Эйтан Реувени вместе с Ph.D. студенты Инбал Ривен и Шахар Иванир из отдела биологической химии Института Вейцмана изучали каналы, которые работают с ионами калия и связаны с белком, называемым G-белком, который при активации вызывает открытие канала. Открытие канала препятствует прохождению электрических сигналов, что может иметь значение, например, при контроле над приступами.
Сам G-белок активируется другим белком, рецептором, который получает сигнал для выполнения своей задачи от химических посредников, известных как нейротрансмиттеры. Но нейротрансмиттеры являются общими посланниками – они могут как сдерживать, так и возбуждать, и рецепторы могут реагировать на любое сообщение. Каким образом, хотели выяснить ученые, G-белок так быстро и точно нацелен на активацию канала??
Реувени и его команда обнаружили, что рецептор и G-белок физически связаны в комплекс, что позволяет точно настроить процесс. Когда рецептор получает химическое сообщение от нейротрансмиттера, он уже подключен к правильному G-белку. После активации рецептором G-белок меняет форму, открывая ионный канал. Доказательство этой сложной структуры было получено с помощью специальной техники, называемой FRET (флуоресцентный резонансный перенос энергии), которая может измерять расстояние между двумя молекулами. Ученые заметили, что даже без стимуляции между G-белком и калиевым каналом происходит большая передача энергии, предполагая, что они расположены очень близко друг к другу.
Мутации в ионных каналах могут быть причиной эпилепсии, хронической боли, нейродегенеративных заболеваний и мышечных заболеваний, а ионные каналы являются мишенью для многих лекарств. Понимание основных биологических явлений, лежащих в основе того, как белки организуются и координируют биологические процессы, может позволить ученым разрабатывать лучшие или более эффективные лекарства.
Источник: Американский комитет Института науки Вейцмана