Функция мозга зависит от активной связи между нервными клетками, известными как нейроны. Для этого нейроны сплетены в плотную сеть, где они постоянно передают друг другу сигналы. Однако нейроны не вступают в прямые контакты друг с другом. Вместо этого они разделены чрезвычайно узкой щелью, известной как синапс.
Этот разрыв перекрывается «нейротрансмиттерами», которые переносят нервные сигналы от одной клетки к другой.Док-станцииСпецифические молекулярные комплексы во внешней оболочке клетки, так называемые «рецепторы», получают сигнал, связываясь с нейротрансмиттерами.
Это вызывает электрический импульс в клетке, несущей рецептор, и, таким образом, нервный сигнал перемещается на один нейрон дальше.В текущем исследовании группа под руководством доктора Якоба фон Энгельхардта сосредоточилась на рецепторах AMPA. Они связывают глутамат нейротрансмиттера и особенно часто встречаются в головном мозге. «Мы изучили рецепторы AMPA в области мозга, которая составляет главный вход в гиппокамп», — объясняет фон Энгельхардт, который работает в DZNE и DKFZ. «Гиппокамп отвечает за обучение и формирование памяти. Среди прочего, он обрабатывает и объединяет сенсорное восприятие.
Поэтому мы задались вопросом, как контролируется поток информации в гиппокамп».Пара помощниковИсследовательская группа доктора фон Энгельхардта специально сосредоточилась на двух белковых молекулах: «CKAMP44» и «TARP Gamma-8». Эти белки присутствуют вместе с рецепторами AMPA в «гранулярных» клетках, которые представляют собой нейроны, которые получают сигналы из областей за пределами гиппокампа.
Уже было известно, что эти белки образуют белковые комплексы с рецепторами AMPA. «Теперь мы выяснили, что они оказывают значительное влияние на функционирование рецепторов глутамата. Каждый по-своему, поскольку химически они совершенно разные», — говорит нейробиолог. «Мы определили, что способность нервной клетки принимать сигналы не зависит только от реальных рецепторов; CKAMP44 и TARP Gamma-8 столь же важны.
Их функция не может быть отделена от функции рецепторов».Это стало результатом анализа, в котором исследователи сравнили ткань мозга мышей с естественным генотипом с тканью мозга генетически модифицированных мышей.
Нейроны генетически модифицированных животных не были способны продуцировать ни CKAMP44, ни TARP Gamma-8, ни то и другое.Долгосрочный эффектИсследователи обнаружили, среди прочего, что оба белка способствуют транспортировке рецепторов глутамата к поверхности клетки. «Это означает, что они влияют на то, насколько нервная клетка восприимчива к входящим сигналам», — говорит фон Энгельгардт.Однако количество рецепторов и, следовательно, прием сигнала могут быть изменены нейрональной активностью.
Группа фон Энгельгардта обнаружила, что в этом отношении вспомогательные молекулы имеют разные эффекты: TARP Gamma-8 необходим для обеспечения интеграции большего количества рецепторов AMPA в синапс в соответствии с протоколом индукции пластичности, тогда как CKAMP44 не играет роли в этом контексте. «Синапсы изменяют свое общение в зависимости от своей активности. Эта способность называется пластичностью.
Некоторые из изменений носят временный характер, другие могут длиться дольше», — объясняет фон Энгельхардт. «TARP Gamma-8 влияет на долгосрочную пластичность. Он делает клетку способной укреплять синаптическую связь в течение длительного периода времени.
Чем больше количество рецепторов на принимающей стороне синапса, тем лучше нейронная связь».Количество рецепторов не меняется внезапно, но остается в основном стабильным в течение определенного времени. «Это состояние может длиться часами, днями или даже дольше.
Этот долгосрочный эффект необходим для создания воспоминаний. Мы можем помнить вещи только в том случае, если связи между нейронами претерпевают длительные изменения», — говорит ученый.Быстрая последовательность сигналовОднако CKAMP44 и TARP Gamma-8 также действуют в течение более коротких периодов времени.
Исследовательская группа обнаружила, что молекулы влияют на то, как быстро рецепторы AMPA возвращаются в рецептивное состояние. «Если глутамат прикрепился к рецептору, требуется некоторое время, пока рецептор не сможет отреагировать на следующий нейротрансмиттер. CKAMP44 удлиняет этот период.
Напротив, TARP Gamma-8 помогает рецептору быстрее восстанавливаться», — говорит фон Энгельхардт.Следовательно, CKAMP44 временно ослабляет синаптическую связь, а TARP Gamma-8 усиливает ее. Благодаря взаимодействию этих белков синапс может настраивать свою чувствительность на определенный уровень.
Это состояние может длиться от миллисекунд до нескольких секунд, прежде чем сила соединения снова изменится. Специалисты называют это «кратковременной пластичностью».«Эти молекулы в конечном итоге влияют на то, насколько хорошо нервная клетка способна реагировать на быструю последовательность сигналов», — резюмирует ученые. «Такое быстрое срабатывание позволяет нейронным сетям синхронизировать свою активность, что является обычным процессом в мозге».Чуткий баланс
К большому удивлению исследователей, оказалось, что эти два белка влияют не только на синапс, но и на форму нервных клеток. В отсутствие этих вспомогательных молекул нейроны имеют меньше дендритов для установления контакта с другими нервными клетками. «Организм может использовать молекулы CKAMP44 и TARP Gamma-8 для регулирования нейронных связей множеством способов», — говорит фон Энгельхардт. «Эта способность зависит от баланса между партнерами, поскольку в некоторой степени они имеют противоположный эффект. Таким образом, то, как нейроны гиппокампа реагируют на сигналы из других областей мозга, в значительной степени зависит от присутствия и соотношения экспрессии. этих молекул ».
Поскольку две молекулы действуют непосредственно на структуру и функцию синапсов гранулярных клеток, Якоб фон Энгельхардт считает вероятным, что они также влияют на обучение и память.