Функция мозга зависит от активной связи между нервными клетками, известными как нейроны. С этой целью нейроны ткут вместе в плотную сеть, где они постоянно реле сигнализируют друг другу.
Однако нейроны не формируют прямые контакты друг с другом. Вместо этого они отделены, чрезвычайно сокращают разрыв, известный как синапс. Этот разрыв устранен ‘нейромедиаторами’, которые несут сигналы нерва от одной клетки до следующего.
Док-станцииОпределенные молекулярные комплексы во внешней оболочке клетки, так называемых ‘рецепторах’, получают сигнал, связывая нейромедиаторы.
Это вызывает электрический импульс в имеющей рецептор клетке, и таким образом сигнал нерва переместился в один нейрон далее.В текущем исследовании команда во главе с доктором Джэйкобом фон Энгелхардтом сосредоточилась на рецепторах AMPA.
Они связывают глутамат нейромедиатора и особенно распространены в мозгу. «Мы посмотрели на рецепторы AMPA в области мозга, который составляет главный вход в гиппокамп», объясняет фон Энгелхардт, который работает на DZNE и DKFZ. «Гиппокамп ответственен за формирование памяти и изучение. Среди прочего это обрабатывает и объединяет сенсорное восприятие. Мы поэтому спросили нас, как потоком информации в гиппокамп управляют».
Пара помощниковИсследовательская группа доктора фон Энгелхардта определенно сосредоточилась на двух молекулах белка: ‘CKAMP44’ и ‘Гамма НЕПРОМОКАЕМОГО БРЕЗЕНТА 8’.
Эти белки присутствуют, наряду с рецепторами AMPA, в клетках ‘гранулы’, которые являются нейронами, которые получают сигналы из областей за пределами гиппокампа. Было уже известно, что эти белки формируют комплексы белка с рецепторами AMPA. «Мы теперь узнали, что они оказывают значительное влияние на функционирование глутаматных рецепторов. Каждый его собственным способом, поскольку химически они полностью отличаются», говорит нейробиолог. «Мы определили, что способность нервной клетки получить сигналы не зависит только от фактических рецепторов; CKAMP44 и Гамма НЕПРОМОКАЕМОГО БРЕЗЕНТА 8 так же важны.
Их функция не может быть отделена от того из рецепторов».Это было результатом анализа, в котором исследователи сравнили мозговую ткань от мышей с естественным генотипом с мозговой тканью от генетически модифицированных мышей.
Нейроны у генетически модифицированных животных не смогли произвести или CKAMP44 или Гамму НЕПРОМОКАЕМОГО БРЕЗЕНТА 8 или оба.Долгосрочный эффектИсследователи обнаружили, среди прочего, что оба белка способствуют транспортировке глутаматных рецепторов на поверхность клеток. «Это означает, что они влияют, насколько восприимчивый нервная клетка к поступающим сигналам», говорит фон Энгелхардт.Однако количество рецепторов и таким образом приема сигнала может быть изменено нейронной деятельностью.
Группа фон Энгелхардта нашла, что в этом отношении вспомогательные молекулы имеют различные эффекты: Гамма НЕПРОМОКАЕМОГО БРЕЗЕНТА 8 важна, чтобы гарантировать, что больше рецепторов AMPA интегрировано в синапс после протокола индукции пластичности, тогда как CKAMP44 не играет роли в этом контексте. «Синапсы изменяют свою коммуникацию в зависимости от их деятельности. Эту способность называют пластичностью. Некоторые включенные изменения только временные, другие могут продлиться дольше», объясняет фон Энгелхардт. «Гамма НЕПРОМОКАЕМОГО БРЕЗЕНТА 8 влияний долгосрочная пластичность. Это делает клетку способной усилить синаптическую коммуникацию для длительного периода времени.
Чем больше количество рецепторов на стороне получения синапса, тем лучше нейронная связь».Количество рецепторов внезапно не изменяется, но остается в основном стабильным для определенного количества времени. «Это условие может продлиться в течение многих часов, дней или еще дольше.
Этот долгосрочный эффект важен для создания воспоминаний. Мы можем только помнить вещи, если связи между нейронами претерпевают длительное изменение», говорит ученый.Быстрая последовательность сигналов
Однако CKAMP44 и Гамма НЕПРОМОКАЕМОГО БРЕЗЕНТА 8 также акт за более короткие промежутки времени. Исследовательская группа обнаружила, что молекулы затрагивают, как быстро рецепторы AMPA возвращаются в восприимчивое государство. «Если глутамат состыковался на рецепторе, он требует времени, пока рецептор не может реагировать на следующий нейромедиатор. CKAMP44 удлиняет этот период.
Напротив, Гамма НЕПРОМОКАЕМОГО БРЕЗЕНТА 8 помогает рецептору прийти в себя более быстро», говорит фон Энгелхардт.Следовательно, CKAMP44 временно ослабляет синаптическую связь, в то время как Гамма НЕПРОМОКАЕМОГО БРЕЗЕНТА 8 усиливает его. Посредством взаимодействия этих белков синапс в состоянии настроить свою чувствительность к определенному уровню.
Это условие может продлиться от миллисекунд до нескольких секунд, прежде чем сила связи будет снова адаптирована. Специалисты называют это «краткосрочной пластичностью».
«Эти молекулы в конечном счете влияют, как хорошо нервная клетка в состоянии реагировать на быструю последовательность сигналов», ученый суммирует результаты. «Такое быстрое увольнение позволяет нейронным сетям синхронизировать свою деятельность, которая является общим процессом в мозгу».Чувствительный балансОчень к удивлению исследователей, оказалось, что эти два белка влияют не только на синапс, но также и форму нервных клеток. В отсутствие этих вспомогательных молекул у нейронов есть меньше дендритов, чтобы установить контакт с другими нервными клетками. «Организм может использовать CKAMP44 и Гамму НЕПРОМОКАЕМОГО БРЕЗЕНТА 8 молекул, чтобы отрегулировать нейронные связи различными способами», говорит фон Энгелхардт. «Эта способность зависит от баланса между партнерами, поскольку в некоторой степени они имеют противоположный эффект.
Путь, которым нейроны гиппокампа реагируют на сигналы из других областей мозга, поэтому очень зависит от присутствия и отношения выражения этих молекул».Так как эти две молекулы действуют непосредственно на структуру и функцию синапсов клеток гранулы, Джэйкоб фон Энгелхардт считает его вероятным, что они также имеют влияние на изучение и память.