Pagrindinis atradimas apie žinduolių smegenis stebina tyrėjus


Santrauka: V-ATPazė, gyvybiškai svarbus fermentas, įgalinantis neurotransmisiją, gali atsitiktinai įsijungti ir išsijungti net darant valandų pertraukas.

Šaltinis: Kopenhagos universitetas

Siekdami daugiau sužinoti apie žinduolių smegenis, Kopenhagos universiteto mokslininkai padarė neįtikėtiną atradimą. Būtent, gyvybiškai svarbus fermentas, įgalinantis smegenų signalus, atsitiktinai įsijungia ir išsijungia, net darydamas valandų valandas trunkančias „darbo pertraukas“.

Šios išvados gali turėti didelės įtakos mūsų supratimui apie smegenis ir vaistų kūrimą.

Šiandien atradimas yra ant viršelio Gamta.

Milijonai neuronų nuolat siunčia žinutes vieni kitiems, formuodami mintis ir prisiminimus ir leisdami mums judinti savo kūnus pagal valią. Kai du neuronai susitinka, kad pakeistų pranešimą, neurotransmiteriai perkeliami iš vieno neurono į kitą naudojant unikalų fermentą.

Šis procesas yra labai svarbus neuronų komunikacijai ir visų sudėtingų organizmų išlikimui. Iki šiol mokslininkai visame pasaulyje manė, kad šie fermentai visada buvo aktyvūs ir nuolat perduoda esminius signalus. Bet tai toli gražu ne.

Naudodami naujovišką metodą, Kopenhagos universiteto Chemijos katedros mokslininkai atidžiai ištyrė fermentą ir atrado, kad jo veikla atsitiktiniais intervalais įsijungia ir išsijungia, o tai prieštarauja mūsų ankstesniam supratimui.

„Tai pirmas kartas, kai kas nors tyrė šiuos žinduolių smegenų fermentus po vieną molekulę, ir mus stebina rezultatas. Priešingai populiariems įsitikinimams, ir skirtingai nei daugelis kitų baltymų, šie fermentai gali nustoti veikti nuo minučių iki valandų. Vis dėlto žmonių ir kitų žinduolių smegenys stebuklingai gali veikti“, – sako Kopenhagos universiteto Chemijos katedros Geometriškai inžinerinių ląstelių sistemų centro tyrimams vadovavęs profesorius Dimitriosas Stamou.

Iki šiol tokie tyrimai buvo atliekami su labai stabiliais bakterijų fermentais. Naudodami naują metodą, mokslininkai pirmą kartą ištyrė žinduolių fermentus, išskirtus iš žiurkių smegenų.

Šiandien tyrimas paskelbtas m Gamta.

Fermentų keitimas gali turėti didelių pasekmių neuronų komunikacijai

Neuronai bendrauja naudodami neurotransmiterius. Norėdami perduoti pranešimus tarp dviejų neuronų, neurotransmiteriai pirmiausia pumpuojami į mažas membranines pūsles (vadinamas sinapsinėmis pūslelėmis). Šlapimo pūslės veikia kaip konteineriai, kuriuose saugomi neurotransmiteriai ir išleidžiami tarp dviejų neuronų tik tada, kai ateina laikas perduoti pranešimą.

Centrinis šio tyrimo fermentas, žinomas kaip V-ATPazė, yra atsakingas už energijos tiekimą neuromediatorių siurbliams šiuose konteineriuose. Be jo neurotransmiteriai nebūtų pumpuojami į konteinerius, o konteineriai negalėtų perduoti pranešimų tarp neuronų.

Tačiau tyrimas rodo, kad kiekviename konteineryje yra tik vienas fermentas; kai šis fermentas išsijungia, nebeliktų energijos neuromediatorių įkėlimui į konteinerius. Tai visiškai naujas ir netikėtas atradimas.

„Beveik nesuprantama, kad itin svarbus neuromediatorių įkrovimo į konteinerius procesas yra priskirtas tik vienai molekulei viename konteineryje. Ypač kai pastebime, kad 40 % laiko šios molekulės yra išjungtos“, – sako profesorius Dimitriosas Stamou.

Tai rodo v-atpazę ant sinapsinės pūslelės
Viršelio iliustracijoje pavaizduotos vakuolinio tipo adenozino trifosfatazės (V-ATPazės, didelės mėlynos struktūros) ant žinduolių smegenų nervinės ląstelės sinaptinės pūslelės. Vaizdas: C. Kutzner, H. Grubmüller ir R. Jahn/Max Planck Daugiadisciplininių mokslų institutas. Autoriai: C. Kutzner, H. Grubmüller ir R. Jahn/Max Planck Institute for Multidisciplinary Sciences.

Šios išvados kelia daug įdomių klausimų:

„Ar talpyklų energijos šaltinio išjungimas reiškia, kad daugelyje jų iš tiesų nėra neurotransmiterių? Ar didelė dalis tuščių konteinerių reikšmingai paveiktų ryšį tarp neuronų? Jei taip, ar tai būtų „problema“, kurią neuronai išsivystė norėdami apeiti, ar tai gali būti visiškai naujas būdas užkoduoti svarbią informaciją smegenyse? Tik laikas parodys“, – sako jis.

Revoliucinis metodas tikrinti vaistus dėl V-ATPazės

V-ATPazės fermentas yra svarbus narkotikų taikinys, nes jis atlieka svarbų vaidmenį sergant vėžiu, vėžio metastazėmis ir keliomis kitomis gyvybei pavojingomis ligomis. Taigi V-ATPazė yra pelningas priešvėžinių vaistų kūrimo tikslas.

Esami tyrimai, skirti tikrinti vaistus dėl V-ATPazės, yra pagrįsti tuo pačiu milijardų fermentų signalo vidurkiu. Žinoti vidutinį vaisto poveikį pakanka tol, kol fermentas nuolat veikia laiku arba kai fermentai veikia kartu dideliais kiekiais.

„Tačiau dabar žinome, kad nė vienas iš jų nebūtinai tinka V-ATPasei. Dėl to staiga tapo labai svarbu turėti metodus, matuojančius atskirų V-ATPazių elgseną, kad būtų galima suprasti ir optimizuoti pageidaujamą vaisto poveikį“, – sako pirmasis straipsnio autorius dr. Elefterios Kosmidis, Chemijos katedra. , Kopenhagos universitete, kuris vadovavo eksperimentams laboratorijoje.

Čia sukurtas metodas yra pirmasis, kuris gali išmatuoti vaistų poveikį atskirų V-ATPazės molekulių protonų siurbimui. Jis gali aptikti daugiau nei milijoną kartų mažesnes sroves nei aukso standarto pataisos gnybtų metodas.

Faktai apie V-ATPazės fermentą:

Taip pat žr

Tai rodo mažą mergaitę ir šunį
  • V-ATPazės yra fermentai, kurie skaido ATP molekules, kad pumpuotų protonus per ląstelių membranas.
  • Jie randami visose ląstelėse ir yra būtini norint kontroliuoti pH / rūgštingumą ląstelėse ir (arba) išorėje.
  • Neuroninėse ląstelėse V-ATPazių sukurtas protonų gradientas suteikia energijos neurocheminiams pasiuntiniams, vadinamiems neurotransmiteriais, įkelti į sinaptines pūsleles, kad vėliau išsiskirtų sinaptinėse jungtyse.

Apie šią neurologijos tyrimų naujieną

Autorius: Spaudos biuras
Šaltinis: Kopenhagos universitetas
Kontaktas: Spaudos biuras – Kopenhagos universitetas
Vaizdas: Vaizdas yra viešajame domene

Originalus tyrimas: Uždara prieiga.
Žinduolių ir smegenų V-ATPazės reguliavimas per itin lėtą režimo perjungimą“, Dimitrios Stamou ir kt. Gamta


Abstraktus

Žinduolių ir smegenų V-ATPazės reguliavimas per itin lėtą režimo perjungimą

Vakuolinio tipo adenozino trifosfatazės (V-ATPazės) yra elektrogeniniai rotaciniai mechanofermentai, struktūriškai susiję su F tipo ATP sintazėmis. Jie hidrolizuoja ATP, kad nustatytų elektrocheminius protonų gradientus daugeliui ląstelių procesų.

Neuronuose visų neurotransmiterių įkėlimas į sinaptines pūsleles yra maitinamas maždaug viena V-ATPazės molekule vienoje sinaptinėje pūslėje. Norėdami išsiaiškinti šį bona fide vienos molekulės biologinį procesą, ištyrėme elektrogeninį protonų siurbimą pavienėmis žinduolių smegenų V-ATPazėmis atskirose sinaptinėse pūslelėse.

Čia parodome, kad V-ATPazės nepertraukiamai pumpuoja laiku, kaip siūloma stebint bakterijų homologų sukimąsi ir darant prielaidą, kad ATP ir protonų ryšys yra griežtas.

Vietoj to, jie stochastiškai persijungia tarp trijų itin ilgaamžių režimų: protonų siurbimo, neaktyvaus ir protonų nutekėjimo. Pažymėtina, kad tiesioginis siurbimo stebėjimas atskleidė, kad fiziologiškai svarbios ATP koncentracijos nereguliuoja vidinio siurbimo greičio.

ATP reguliuoja V-ATPazės aktyvumą per protonų siurbimo režimo perjungimo tikimybę. Priešingai, elektrocheminiai protonų gradientai reguliuoja siurbimo greitį ir siurbimo bei neaktyvių režimų perjungimą.

Tiesioginė režimo perjungimo pasekmė yra sinaptinių pūslelių elektrocheminio gradiento stochastiniai svyravimai, kurie, kaip tikimasi, sukels stochastiškumą protonų sukeliamoje antrinėje aktyvioje neurotransmiterių apkrovoje ir todėl gali turėti svarbių pasekmių neurotransmisijai.

Šis darbas atskleidžia ir pabrėžia mechaninę ir biologinę ultralėto režimo perjungimo svarbą.