Новые данные о передаче сигнала между нейронами

02.07.201128651
Ученые из Медицинского Колледжа Вейла Корнелла ([url=http://www.med.cornell.edu/#id=35]Weill Cornell Medical College[/url], США) открыли удивительные подробности процесса передачи нервных импульсов между нейронами в головном мозге. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Neuroscience.

Результаты исследования свидетельствуют о том, что отдельные нейроны каким-то образом контролируют скорость разрушения и восстановления синаптических пузырьков – структур, накапливающих нейромедиаторы перед их высвобождением в синаптическую щель. «Никто и не догадывался, что у отдельных нейронов есть специальные механизмы контроля за этими процессами», - говорит руководитель исследования, профессор биохимии Тимоти Райан (Timothy Ryan).

Профессор Райан также принимал участие в другом исследовании, проведенном учеными из Йельского Университета (Yale University, США). Результаты, опубликованные в журнале Neuron, продемонстрировали, что общепринятые представления о процессе формирования синаптических пузырьков весьма далеки от истины.

«Два проведенных нами исследования помогут получить представление о биомеханике, контролирующей нейтротрансмиссию в синаптической щели между нейронами головного мозга, - говорит ученый, -Мы впервые проводим исследования в этой области. Многие неврологические заболевания, такие как шизофрения, болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и другие нейродегенеративные и психические расстройства, считаются связанными с патологией функционирования синапсов. Лечение от этих заболеваний требует четкого понимания работы синапсов».

Оба исследования были посвящены формированию и функционированию синаптических пузырьков. «Ученые знают, что для передачи сигнала между клетками синаптические пузырьки должны слиться с поверхностной мембраной нервной клетки и высвободить нейромедиатор в синаптическую щель. Поскольку синаптические пузырьки присутствуют в клетке в ограниченном количестве, то после высвобождения нейромедиатора они восстанавливаются и затем вновь наполняются, - говорит Райан, - Невыполнение этого условия может привести к тому, что пузырьки с нейромедиаторами в синапсе быстро закончатся, а правильное функционирование синапса зависит именно от их доступности».

Целью первого исследования было понять, что контролирует скорость восстановления пузырька. «Именно скорость восстановления определяет наличие свободных пузырьков и является ограничительным фактором скорости взаимодействия нейронов», - объясняет Райан.

Используя метод, позволяющий проводить оптическую регистрацию скорости восстановления синаптических пузырьков одновременно в 84 нейронах, ученые обнаружили нечто совершенно неожиданное: для каждого нейрона скорость восстановления пузырьков индивидуальна, и она может в 4 раза различаться у нейронов, выполняющих одинаковые функции, то есть секретирующих один и тот же нейромедиатор. «Причина такого разнообразия остается неясной, а она может оказаться очень важной для терапевтических подходов борьбы с патологиями синапсов», - говорит Райан.

Целью второго исследования было изучение белков, участвующих в первой фазе процесса восстановления синаптических пузырьков, а именно отделения их от мембраны нейрона. Исследование было проведено под руководством доктора Пьетро Де Камилли (Pietro De Camilli), профессора клеточной биологии из Йельского Университета, и его коллеги, доктора Шона Фергюсона (Shawn Ferguson).

Основываясь на результатах исследований, проведенных еще в 1890-х гг., ученые полагали, что критическое значение для этапа отделения пузырька от мембраны имеет белок под названием динамин, присутствующий в клетке в трех изоформах (динамин-1, -2 и -3).

Еще в 2007 г. ученые из Йельского Университета попытались выяснить, действительно ли динамин-1 (на долю которого приходится 90% всего динамина в головном мозге) является ключевым белком, необходимым для отделения синаптического пузырька от мембраны. Они создали линию генетически модифицированных мышей, у которых отсутствовал ген динамина-1, но выявили у них лишь незначительные отклонения в процессе отделения пузырька от мембраны. Результаты работы были опубликованы в журнале Science.

В настоящем исследовании ученые пытались понять, что происходит при одновременном отсутствии в клетке динамина-1 и -3, на долю которых приходится 99% всего динамина в головном мозге. Для оценки скорости восстановления синаптических пузырьков был использован тот же метод, что и в предыдущем исследовании.

«Результаты исследования показали, что процесс восстановления пузырьков серьезно нарушается в отсутствие обоих белков, что доказывает важную роль динамина-3, - говорит профессор Райан, - Интересно то, что процесс восстановления пузырьков по-прежнему идет, и неизвестно, связано ли это с работой динамина-2, так как содержание этого белка в нейронах головного мозга крайне незначительно. Возможно, есть какой-то другой белок, выполняющий эти функции».

«Известно, что динамин играет важную роль в восстановлении синаптических пузырьков. Тот факт, что синаптическая передача происходит, хотя и в ухудшенном варианте, и в отсутствие абсолютного большинства изоформ динамина, открывает нам замечательную и неожиданную пластичность нервных клеток», - говорит Де Камилли.



Ученые открыли удивительные подробности процесса передачи нервных импульсов между нейронами головного мозга (изображение: nobeastsofierce / Fotolia)

По материалам:
[url=http://www.med.cornell.edu/#id=35]New York- Presbyterian Hospital/Weill Cornell Medical Center/Weill Cornell Medical College[/url]

Оригинальные статьи:

Moritz Armbruster, Timothy A Ryan. Synaptic vesicle retrieval time is a cell-wide rather than individual-synapse property. Nature Neuroscience, 2011; DOI: 10.1038/nn.2828

Andrea Raimondi, Shawn M. Ferguson, Xuelin Lou, Moritz Armbruster, Summer Paradise, Silvia Giovedi, Mirko Messa, Nao Kono, Junko Takasaki, Valentina Cappello et al. Overlapping Role of Dynamin Isoforms in Synaptic Vesicle Endocytosis. Neuron, Volume 70, Issue 6, 1100-1114, 23 June 2011.

Комментарии к статье:
03.08.2012
Алиса Дубровина: ничего себе! очень интересная статья!
Ваш комментарий:
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Чтобы оставить комментарий, необходимо авторизоваться.
Вернуться к списку статей