Исследователи Национального института здравоохранения использовали популярный агент против морщин ботокс, чтобы обнаружить новую важную роль группы молекул, которые нервные клетки используют для быстрой отправки сообщений. Эта новая роль молекул, называемая SNARES, может быть недостающим элементом, который ученые искали, чтобы полностью понять, как клетки мозга взаимодействуют в нормальных и болезненных условиях.
"Результаты были очень удивительными," сказал Лин-Ган Ву, Ph.D., научный сотрудник Национального института неврологических заболеваний и инсульта NIH. "Как и многие ученые, мы думали, что SNARE участвуют только в синтезе."
Каждый день почти 100 миллиардов нервных клеток по всему телу отправляют тысячи сообщений через почти 100 триллионов точек связи, называемых синапсами. Межклеточная коммуникация в синапсах контролирует мысли, движения и чувства и может служить терапевтическими мишенями для ряда неврологических расстройств, включая эпилепсию.
Нервные клетки используют химические вещества, называемые нейротрансмиттерами, для быстрой отправки сообщений в синапсы. Подобно гранулам внутри патронов дробовика, нейротрансмиттеры хранятся внутри сферических мембран, называемых синаптическими пузырьками. Сообщения отправляются, когда оболочка-носитель сливается с собственной оболочкой нервной клетки, называемой плазматической мембраной, и высвобождает нейромедиатор "пеллеты" в синапс.
SNARE (растворимый рецептор белка прикрепления фактора, чувствительного к N-этилмалеимиду) – это три белка, которые, как известно, имеют решающее значение для слияния между оболочками-носителями и мембранами нервных клеток во время высвобождения нейромедиатора.
"Без SNARE нет синаптической передачи," сказал доктор. Ву.
Ботулинический токсин, или ботокс, разрушает SNARE. В исследовании, опубликованном в Cell Reports, доктор. Ву и его коллеги описывают, как они использовали ботокс и аналогичные токсины в качестве инструментов, чтобы показать, что SNARE также могут участвовать в извлечении оболочек-носителей сообщений из мембран нервных клеток сразу после освобождения.
Чтобы изучить это, исследователи использовали передовые методы электрической записи, чтобы в реальном времени непосредственно отслеживать слияние оболочек-носителей с мембранами нервных клеток и их извлечение из них, в то время как клетки отправляли сообщения в синапсы. Эксперименты проводились на уникальном синапсе, связанном со слухом, который называется чашечкой Хельда. Как и ожидалось, обработка синапсов токсинами уменьшала слияние. Однако доктор. Ву и его коллеги также заметили, что токсины уменьшают извлечение.
В течение как минимум десяти лет ученые знали, что перед отправкой новых сообщений необходимо извлечь снаряды-носители. Извлечение происходит в двух режимах: быстром и медленном. Известно, что другая группа молекул контролирует медленный режим.
"До сих пор большинство ученых считали, что синтез и извлечение – это два отдельных процесса, контролируемых разными наборами молекул", сказал доктор. Ву.
Тем не менее, несколько исследований показали, что одна из молекул SNARE может участвовать в обоих режимах.
В этом исследовании д-р. Ву и его коллеги систематически проверяли эту идею, чтобы полностью понять поиск. Результаты показали, что все три белка SNARE могут участвовать как в быстром, так и в медленном извлечении.
"Наши результаты показывают, что SNARE связывают слияние и извлечение," сказал доктор. Ву.
Результаты могут иметь большое значение. SNARE обычно используются другими клетками по всему телу для высвобождения химических веществ. Например, SNARE помогают контролировать высвобождение инсулина из клеток поджелудочной железы, что делает их потенциальной мишенью для лечения диабета. Недавние исследования показывают, что SNARE могут быть вовлечены в неврологические и психические расстройства, такие как шизофрения и спастическая атаксия.
"Мы думаем, что SNARES работает так же в большинстве синапсов нервных клеток. Эта новая роль может изменить представление ученых о том, как SNARE участвуют в нейронной коммуникации и заболеваниях," сказал доктор. Ву.