Профессор Ко Чжэ Вон из Корейского передового института науки и технологий (KAIST) впервые провел исследование трехмерной структуры белков, которые регулируют связи между нейронными клетками, и определил механизмы контроля образования синапсов.
Мозг состоит из бесчисленных нейронов. Нейротрансмиттеры секретируются и абсорбируются в синапсе, на стыке двух нейронов; сигналы передаются, и мозг функционирует должным образом. По мере развития мозга эффективная нейротрансмиссия зависит от баланса возбуждающих и тормозных синапсов, создаваемых между нейронами. Возбуждающие синапсы высвобождают нейротрансмиттеры, которые возбуждают нейроны, а синаптические ингибиторы высвобождают нейротрансмиттеры для подавления возбудимости нервных клеток. Известно, что когда баланс двух синапсов нарушается, возникают психические расстройства, такие как аутизм, биполярное расстройство и обсессивно-компульсивное расстройство.
В 2013 году профессор Томас С. Судхоф из Стэнфордского университета открыл белки нейролигин и нейрексин, важные белки синаптической адгезии, которые являются важными факторами в развитии синапсов и поддержании их функций. Однако конкретные механизмы еще предстоит определить. Более того, также известно, что белок MDGA1 связывает нейролигин-2 в тормозных синапсах и препятствует взаимодействию нейролигина и нейрексина и останавливает ингибирующее развитие синапсов, но его механизм также неясен.
Исследовательские группы использовали кристаллографию белков для кристаллизации белковых комплексов нейролигина-2 и MDGA1, которые участвуют в ингибирующем развитии синапсов, и наблюдали трехмерную структуру. Исследователи впервые определили, что белок MDGA1 в постсинапсе препятствует связыванию между нейролигином-2 и нейрексином и предотвращает образование тормозных синапсов.
Основываясь на трехмерной молекулярной структуре, исследователи создали мутации основных аминокислот, которые играют ключевую роль в связывании нейролигина-2 и MDGA1. Посредством эксперимента по культивированию нейронов они подтвердили, что сайт взаимодействия с белками является критическим функциональным участком для негативной регуляции процесса развития синапсов. Кроме того, исследование доказало, что MDGA1 может эффективно контролировать образование ингибирующих синапсов, поскольку связывающая способность MDGA1 превосходит нейрексин, в то время как MDGA1 и нейрексин могут конкурентно связываться с нейролигином-2.
Профессор DGIST Джэвон Ко из отдела мозговых и когнитивных наук сказал:, "Мы нашли механизм молекулярной регуляции белка MDGA1, который необходим для сбалансированной работы возбуждающих и тормозных синапсов. Мы продолжим работу по выявлению механизмов заболеваний головного мозга, вызванных дисфункцией синаптических белков, и проведем исследования для разработки терапевтических препаратов."
Это исследование было опубликовано 21 июня в онлайн-выпуске международного нейробиологического журнала Neuron и дочернего журнала Cell.