Новые данные о развитии эпилепсии: опровержение гипотез
17.05.2010
2937
0
29370
Взаимодействие нервных клеток происходит благодаря электрическим импульсам. Для создания такого импульса клетка обменивается ионами с окружающей средой. В этом обмене принимают активное участие потенциал-зависимые хлорные ионные каналы, нарушение работы которых ранее связывали с развитием эпилепсии.
Цитоплазматическая мембрана клеток отделяет цитоплазму клетки от внешней среды. В межклеточном пространстве присутствует избыток положительно заряженных ионов, а в цитоплазме клетки – избыток отрицательно заряженных ионов. Особое строение мембран клеток препятствует свободной диффузии ионов с разными зарядами и тем самым поддерживает разделение зарядов, создавая электрический потенциал клетки или так называемый мембранный потенциал покоя. Перемещение заряженных ионов в клетку или из нее изменяет распределение зарядов по обе стороны мембраны, а, значит, изменяет и мембранный потенциал. Разделение зарядов поддерживается благодаря неодинаковой проницаемости мембраны для различных ионов. Этот механизм имеет наибольшее значение для мышечных и нервных клеток.
Перемещение заряженных ионов в клетку или из нее опосредовано потоком ионов через специальные мембранные поры - ионные каналы, обеспечивающие ионную проводимость мембраны. Важнейшим свойством ионных каналов являются быстрый переход из открытого состояния в закрытое и наоборот, что осуществляется мгновенно по принципу «все или ничего». В организме существуют разные типы ионных каналов, осуществляющие различные функции. В клетках нервной системы широко распространены хлорные каналы семейства CLC. Это семейство обеспечивает проводимость ионов хлора в покое и регулирует внутриклеточную концентрацию хлора.
Одним из каналов суперсемейства CLC является потенциал-зависимый хлорный канал ClC-2. Он широко представлен в нейронах головного мозга. Были высказаны предположения о взаимосвязи нарушения функции хлорных каналов ClC-2 и возникновения некоторых форм эпилепсии, однако механизмы этой взаимосвязи оставались неясными.
3D-реконструкция нервной клетки в коре головного мозга (клетка окрашена красным флюоресцирующим красителем). ClC-2 хлорные каналы обеспечивают авторегуляцию возбудимости нервных клеток, препятствуя нарушениям межклеточного взаимодействия.
Ученые из Института Нейробиологии Макса Планка Max-Planck-Gesellschaft подтвердили множество предположений о функциях ClC-2 хлорных каналов и наконец-то смогли объяснить, почему у мышей со сниженным количеством хлорных каналов ClC-2 в мембранах нейронов не развиваются эпилептические припадки. Результаты исследования опубликованы в интернет-журнале The Journal of Neuroscience. Статья раскрывает принципиально новое понимание того, как клетки могут активно влиять на обмен информацией друг с другом.
Клеточные мембраны нейронов, также как и других клеток организма, пронизаны так называемыми хлорными каналами. Каналы обеспечивают обмен отрицательно заряженными ионами хлора между клеткой и окружающей средой. До настоящего времени ученые могли только строить предположения о назначении этого ионного обмена. Согласно одной очень распространенной теории, при выходе ионов хлора из клетки ее электрическая возбудимость снижается. С другой стороны, недостаток хлорных каналов в клетке приводит к повышению ее возбудимости. В этом случае теоретически частота возникновения эпилептических припадков должна была бы увеличиваться, однако оказалось, что у трансгенной линии мышей с особой мутацией, приводящей к снижению числа хлорных каналов в мембранах нервных клеток, эпилептические припадки не развиваются.
Немецкие исследователи открыли несколько до настоящего времени неизвестных функций ClC-2 хлорных каналов. Они выявили условия, при которых ионы хлора выходят из клетки через хлорные каналы. Они также доказали, что при генетической мутации, сопровождающейся снижением количества хлорных каналов в клетке, внутриклеточная концентрация ионов хлора резко повышается, а нервные клетки действительно становятся более возбудимыми, чем нейроны мышей дикого типа. Но почему же тогда у таких трансгенных животных не обнаруживается никаких признаков эпилепсии?
Ответ на этот вопрос также был найден. В нервной системе встречаются два типа нервных клеток. Функция одного из них – передача информации соседним клеткам, функция другого – блокирование этой передачи. У животных с генетической мутацией, сопровождающейся снижением количества хлорных каналов ClC-2 в мембранах нейронов, число хлорных каналов в нервных клетках второго типа тоже снижено, что также приводит к повышению их возбудимости. Таким образом, возбудимость обоих типов нервных клеток повышена, и их функции взаимно компенсируются.
«Поскольку увеличивается общая чувствительность системы, достигается равновесное распределение ионов между клетками, - рассказывает руководитель исследования Валентин Штайн (Valentin Stein). – Именно поэтому ожидаемой связи между генетическим дефектом и эпилепсией не обнаруживается».
Снижение количества хлорных каналов ClC-2 в клетках быстро приводит нервную систему в неестественно возбужденное состояние. Ученые предполагают, что, несмотря на то, что мутация в гене cic-2 хлорных каналов не приводит в возникновению эпилепсии как таковой, но, вероятно, все же увеличивает риск развития эпилептического припадка при наличии других факторов риска.
«Мы считаем, что скоро получим еще более интересные результаты», - говорит Валентин Штайн. Нейробиолог имеет в виду подтверждение того факта, что нервные клетки теоретически способны использовать хлорные каналы ClC-2 для регуляции собственной возбудимости. «Если нервная клетка может контролировать свою возбудимость путем открытия и закрытия хлорных каналов, то теоретически можно предположить, что она может влиять на передачу информации соседней клетке». Это предположение открывает новое направление в исследовании нейронов головного мозга. Каким образом и в какой момент нервная клетка передает информацию – фундаментальный вопрос нейробиологии, поэтому нет ничего удивительного в том, что ученые с нетерпением дожидаются результатов следующего этапа своих исследований.
Оригинальная статья: I. Rinke, J. Artmann, V. Stein. ClC-2 Voltage-Gated Channels Constitute Part of the Background Conductance and Assist Chloride Extrusion. Journal of Neuroscience, 2010; 30 (13): 4776 DOI: [url= http://www.jneurosci.org/cgi/content/abstract/30/13/4776]10.1523/JNEUROSCI.6299-09.2010[/url]
По материалам:
Max-Planck-Gesellschaft
Цитоплазматическая мембрана клеток отделяет цитоплазму клетки от внешней среды. В межклеточном пространстве присутствует избыток положительно заряженных ионов, а в цитоплазме клетки – избыток отрицательно заряженных ионов. Особое строение мембран клеток препятствует свободной диффузии ионов с разными зарядами и тем самым поддерживает разделение зарядов, создавая электрический потенциал клетки или так называемый мембранный потенциал покоя. Перемещение заряженных ионов в клетку или из нее изменяет распределение зарядов по обе стороны мембраны, а, значит, изменяет и мембранный потенциал. Разделение зарядов поддерживается благодаря неодинаковой проницаемости мембраны для различных ионов. Этот механизм имеет наибольшее значение для мышечных и нервных клеток.
Перемещение заряженных ионов в клетку или из нее опосредовано потоком ионов через специальные мембранные поры - ионные каналы, обеспечивающие ионную проводимость мембраны. Важнейшим свойством ионных каналов являются быстрый переход из открытого состояния в закрытое и наоборот, что осуществляется мгновенно по принципу «все или ничего». В организме существуют разные типы ионных каналов, осуществляющие различные функции. В клетках нервной системы широко распространены хлорные каналы семейства CLC. Это семейство обеспечивает проводимость ионов хлора в покое и регулирует внутриклеточную концентрацию хлора.
Одним из каналов суперсемейства CLC является потенциал-зависимый хлорный канал ClC-2. Он широко представлен в нейронах головного мозга. Были высказаны предположения о взаимосвязи нарушения функции хлорных каналов ClC-2 и возникновения некоторых форм эпилепсии, однако механизмы этой взаимосвязи оставались неясными.
3D-реконструкция нервной клетки в коре головного мозга (клетка окрашена красным флюоресцирующим красителем). ClC-2 хлорные каналы обеспечивают авторегуляцию возбудимости нервных клеток, препятствуя нарушениям межклеточного взаимодействия.
Ученые из Института Нейробиологии Макса Планка Max-Planck-Gesellschaft подтвердили множество предположений о функциях ClC-2 хлорных каналов и наконец-то смогли объяснить, почему у мышей со сниженным количеством хлорных каналов ClC-2 в мембранах нейронов не развиваются эпилептические припадки. Результаты исследования опубликованы в интернет-журнале The Journal of Neuroscience. Статья раскрывает принципиально новое понимание того, как клетки могут активно влиять на обмен информацией друг с другом.
Клеточные мембраны нейронов, также как и других клеток организма, пронизаны так называемыми хлорными каналами. Каналы обеспечивают обмен отрицательно заряженными ионами хлора между клеткой и окружающей средой. До настоящего времени ученые могли только строить предположения о назначении этого ионного обмена. Согласно одной очень распространенной теории, при выходе ионов хлора из клетки ее электрическая возбудимость снижается. С другой стороны, недостаток хлорных каналов в клетке приводит к повышению ее возбудимости. В этом случае теоретически частота возникновения эпилептических припадков должна была бы увеличиваться, однако оказалось, что у трансгенной линии мышей с особой мутацией, приводящей к снижению числа хлорных каналов в мембранах нервных клеток, эпилептические припадки не развиваются.
Немецкие исследователи открыли несколько до настоящего времени неизвестных функций ClC-2 хлорных каналов. Они выявили условия, при которых ионы хлора выходят из клетки через хлорные каналы. Они также доказали, что при генетической мутации, сопровождающейся снижением количества хлорных каналов в клетке, внутриклеточная концентрация ионов хлора резко повышается, а нервные клетки действительно становятся более возбудимыми, чем нейроны мышей дикого типа. Но почему же тогда у таких трансгенных животных не обнаруживается никаких признаков эпилепсии?
Ответ на этот вопрос также был найден. В нервной системе встречаются два типа нервных клеток. Функция одного из них – передача информации соседним клеткам, функция другого – блокирование этой передачи. У животных с генетической мутацией, сопровождающейся снижением количества хлорных каналов ClC-2 в мембранах нейронов, число хлорных каналов в нервных клетках второго типа тоже снижено, что также приводит к повышению их возбудимости. Таким образом, возбудимость обоих типов нервных клеток повышена, и их функции взаимно компенсируются.
«Поскольку увеличивается общая чувствительность системы, достигается равновесное распределение ионов между клетками, - рассказывает руководитель исследования Валентин Штайн (Valentin Stein). – Именно поэтому ожидаемой связи между генетическим дефектом и эпилепсией не обнаруживается».
Снижение количества хлорных каналов ClC-2 в клетках быстро приводит нервную систему в неестественно возбужденное состояние. Ученые предполагают, что, несмотря на то, что мутация в гене cic-2 хлорных каналов не приводит в возникновению эпилепсии как таковой, но, вероятно, все же увеличивает риск развития эпилептического припадка при наличии других факторов риска.
«Мы считаем, что скоро получим еще более интересные результаты», - говорит Валентин Штайн. Нейробиолог имеет в виду подтверждение того факта, что нервные клетки теоретически способны использовать хлорные каналы ClC-2 для регуляции собственной возбудимости. «Если нервная клетка может контролировать свою возбудимость путем открытия и закрытия хлорных каналов, то теоретически можно предположить, что она может влиять на передачу информации соседней клетке». Это предположение открывает новое направление в исследовании нейронов головного мозга. Каким образом и в какой момент нервная клетка передает информацию – фундаментальный вопрос нейробиологии, поэтому нет ничего удивительного в том, что ученые с нетерпением дожидаются результатов следующего этапа своих исследований.
Оригинальная статья: I. Rinke, J. Artmann, V. Stein. ClC-2 Voltage-Gated Channels Constitute Part of the Background Conductance and Assist Chloride Extrusion. Journal of Neuroscience, 2010; 30 (13): 4776 DOI: [url= http://www.jneurosci.org/cgi/content/abstract/30/13/4776]10.1523/JNEUROSCI.6299-09.2010[/url]
По материалам:
Max-Planck-Gesellschaft
Ваш комментарий:
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Чтобы оставить комментарий, необходимо авторизоваться.
Последние комментарии
