Текст уведомления здесь

Российские нейробиологи обнаружили новый способ передачи сигналов между нервными клетками

Чувствительные к сладкому, горькому и глутамату клетки передают информацию в головной мозг, выпуская собственную «энергетическую валюту».
Добавить в закладки
Комментарии

Нейробиологи из Института биофизики клетки РАН (г. Пущино) и Балтийского федерального университета им. Иммануила Канта совместно с коллегами из Швеции и США обнаружили новый способ передачи химических сигналов между нервными клетками. Вкусовые рецепторы одного из типов выделяют аденозинтрифосфат (АТФ) — вещество, которое используется клетками в первую очередь как источник энергии. Однако в данном случае его молекулы клетки выпускают наружу не в составе мембранных пузырьков, как это обычно бывает при обмене сигналами между нейронами, а через комплексы белков с гигантскими отверстиями посередине. Как обнаружили авторы работы, производством АТФ «на экспорт» в этих вкусовых рецепторах заняты митохондрии особого типа. Научная статья опубликована в журнале Science Signaling.

Исследователи заострили внимание на вкусовых рецепторах II типа, позволяющих ощущать сладкое, горькое и умами (вкус мяса, а точнее содержащегося в его белках глутамата). С помощью электронной микроскопии они сделали множество микрофотографий участков, где эти вкусовые рецепторы контактируют с отростками нейронов, проводящих сигналы в головной мозг. Также ученые с помощью флуоресцентных красителей определили, как меняется во вкусовом рецепторе II типа содержание АТФ в момент, когда такая клетка взаимодействует со сладкими веществами и глутаматом.

На всех микрофотографиях, запечатлевших место контакта (синапса) вкусового рецептора II типа и передающего сигналы в мозг нейрона, обнаружили крупные митохондрии необычной формы. Интересно было и их расположение: хотя бы одна такая митохондрия всегда находилась вблизи мембраны вкусового рецептора в районе синапса с нейроном-«передатчиком».

Предыдущие исследования показали, что АТФ в таких синапсах выбрасывается наружу не в мембранных пузырьках, как большинство нейромедиаторов, а через отверстия, проделанные в оболочке клетки каналом из нескольких белков под общим названием CALHM1. А полученные при электронной микроскопии снимки показали: CALHM1 не разбросаны по всей оболочке вкусового рецептора II типа, а собраны в районе контакта с нейроном, передающим сигналы в мозг. Близость этих каналов к необычным митохондриям позволила предположить, что именно они являются источником молекул АТФ, служащих в качестве сигнального вещества. Возможен был и другой вариант: аденозинтрифосфат «на экспорт» образуется в цитоплазме.

Изображение: Roman A. Romanov et als. / Science Signaling
Изображение: Roman A. Romanov et als. / Science Signaling

Это предположение авторы работы проверили, заблокировав работу митохондрий во вкусовых рецепторах II типа. Из-за этого клетки перестали реагировать на присутствие сладких и горьких веществ, а также глутамата. Учитывая, что уровень АТФ в цитоплазме значительно ниже, чем в митохондриях, можно считать, что молекулы этого вещества для синапсов производят именно они. По-видимому, благодаря особо крупным размерам специализированные митохондрии способны производить и хранить большие количества АТФ и выделять их по мере необходимости. Далее молекулы этого вещества переносятся к оболочке клетки и выходят наружу через каналы CALHM1.

Получается, что российские и зарубежные нейробиологи обнаружили новый, необычный механизм передачи сигналов между нервными клетками. В отличие от «классических» синапсов, в месте контакта вкусового рецептора II типа с другим нейроном находятся крупные митохондрии. Они производят нетипичный нейромедиатор, обычно используемый клеткой в энергетических нуждах. Он выделяется в синапсе не из мембранных пузырьков, а через особые отверстия в оболочке вкусового рецептора, существующие за счет каналов CALHM1.

Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

Российские биологи показали печальную судьбу стволовых клеток мозга

Нейральные стволовые клетки делятся так, что их число не только не растет, а, наоборот, постепенно сокращается.
Добавить в закладки
Комментарии

Ученые из МФТИ, совместно с коллегами из Университета Стоуни-Брук (США) и Лаборатории в Колд-Спринг-Харбор (США) выяснили, как делятся в гиппокампе взрослых мышей стволовые клетки, дающие начало нейронам. В отличие от стволовых клеток многих других типов, они не способны поддерживать свою постоянную численность, поэтому с возрастом их у грызунов становится все меньше и меньше, а следовательно, ослабевает и способность гиппокампа производить новые нейроны. Учитывая, что образование нервных клеток в гиппокампе половозрелых грызунов идет намного интенсивнее, чем у половозрелых приматов, вероятность, что человеческий мозг способен хоть сколько-нибудь заметно обновляться, весьма мала. Научная статья по итогам исследования опубликована в журнале Scientific Reports.

Уже достаточно давно установлено, что даже у взрослых млекопитающих в головном мозге есть области, где образуются новые нейроны (это явление называется взрослым нейрогенезом). Они возникают при делении предшественников нервных клеток, возникающих из так называемых нейральных стволовых клеток. У мышей и крыс нейральные стволовые клетки находятся главным образом в гиппокампе и обонятельной луковице — структурах конечного мозга. Нейроны, образовавшиеся там, могут остаться на месте «рождения», а могут мигрировать в другие области мозга и встроиться в уже существующие там сети передачи сигналов.

На основе этих данных появилось предположение, что образование новых нервных клеток в головном мозге можно сделать более интенсивным и таким образом восстановить потерю умственных способностей, вызванную старением или болезнями. Дело в том, что обычно стволовые клетки делятся таким образом, что, несмотря на постоянное перерождение в «конечные», дифференцированные клетки организма, они также вполне успевают эффективно поддерживать свою постоянную численность.

Так происходит потому, что стволовые клетки способны к двум типам деления — симметричному, в результате которого получаются две одинаковые стволовые клетки, и асимметричному, когда одна дочерняя клетка сохраняет свойства стволовой, а другая приобретает свойства предшественника одного из типов дифференцированных клеток (например, эритроцитов). У большинства типов стволовых клеток симметричное деление наблюдается гораздо чаще асимметричного, что дает возможность не только поддержать свою численность, но даже увеличить ее. [ ... ]

Читать полностью

Нейробиологи создали культуру «гиперактивных» клеток

На клетках, полученных от женщины с синдромом дефицита внимания и гиперактивности, можно будет изучать эту патологию в условиях, максимально приближенных к реальным.
Добавить в закладки
Комментарии

Нейробиологи из Германии, Нидерландов и Швейцарии при помощи сотрудника Института молекулярной медицины Первого МГМУ им. И.М. Сеченова Евгения Свирина создали культуру индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК) человека с дупликацией гена SLC2A3. По всей видимости, именно эта дупликация играет существенную роль в развитии синдрома дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ). Статья опубликована в журнале Stem Cell Research.

У женщины возрастом 51 год с диагностированным СДВГ и дупликацией (удвоением) гена SLC2A3 взяли фрагмент кожи. В его состав входили фибробласты. Этот тип клеток чаще всего используют при создании ИПСК. В фибробласты ввели вещества, позволяющие обратить вспять специализацию клеток и сделать их состояние максимально приближенным к стволовым. Из таких индуцированных плюрипотентных стволовых клеток могут образоваться клетки практически всех типов.

ИПСК, возникшие в ходе такого перепрограммирования, способны размножаться и жить на питательной среде — образовывать культуры. Анализ геномов последующих поколений ИПСК показал, что у них по-прежнему имеется дупликация SLC2A3, то есть их основное свойство, ради которого и проводилась индукция, сохранилось. Также важно, что полученные индуцированные плюрипотентные стволовые клетки имеют нормальное количество хромосом, то есть у них нет ни лишних, ни недостающих.

Изменения в гене SLC2A3 предположительно могут быть одной из причин возникновения неврологических и психиатрических заболеваний. Дело в том, что этот ген кодирует белок GLUT3, функция которого — перенос глюкозы в клетки. Глюкоза служит основным источником энергии для нейронов, поэтому нарушения ее обмена в мозге могут приводить к излишней активности или, наоборот, сниженной возбудимости нервных клеток. Поэтому иметь модель для изучения влияния дупликации SLC2A3 на изменения физиологии нейронов крайне полезно для прикладной медицины. [ ... ]

Читать полностью

Паучий яд затыкает активность нервных клеток молекулярными пробками

Молекулы полиаминов, содержащиеся в яде некоторых пауков, застревают в рецепторах к глутамату и таким образом нарушают передачу сигналов между нервными клетками.
Добавить в закладки
Комментарии

Сотрудники Института биоорганической химии РАН, Московского физико-технического института и Колумбийского университета в Нью-Йорке изучили взаимодействие ряда токсинов с AMPA-рецепторами к нейромедиатору глутамату, проницаемыми для кальция (CP-AMPAR). Криоэлектронная микроскопия и электрофизиологические эксперименты показали, что класс веществ, называемых полиаминами, блокирует CP-AMPAR, буквально затыкая их. Научная статья опубликована в журнале Neuron.

Глутамат, он же глутаминовая кислота, — важнейшее сигнальное вещество в нервной системе человека и других позвоночных. Передача импульсов посредством этого соединения крайне важна для правильного развития нервной системы и ее дальнейшего функционирования. Нейроны и клетки некоторых других типов тканей имеют рецепторы к глутамату, отличающиеся строением и скоростью реагирования на молекулы нейромедиатора. Изменение чувствительности нервных клеток к глутамату лежит в основе молекулярных механизмов пластичности, обеспечивающих запоминание информации и обучение новым навыкам.

Пожалуй, наиболее важный и распространенный из рецепторов глутамата — AMPA, названный так по первому обнаруженному его агонисту — α-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазолпропионовой кислоте. Она действует на рецептор примерно так же, как «родной» глутамат. AMPA-рецептор (AMPAR) представляет собой несколько связанных друг с другом полипептидов (длинных цепочек аминокислот), встроенных в мембрану клетки. Полипептиды при этом расположены по кругу, и между ними есть пространство — пора. Через нее в клетку или из нее могут проходить ионы некоторых металлов, в основном натрия. Но перемещение этих ионов через AMPA-рецепторы возможно только тогда, когда образуемый рецептором канал в мембране открыт и не заблокирован. Открывается он, когда к AMPAR с наружной стороны клеточной мембраны присоединяются молекулы глутамата. Блокирование канала происходит за счет других соединений, например полиаминов — органических молекул, у которых несколько присоединенных к углеродам атомов водорода заменены на группу -NH2.

Авторы статьи, о которой идет речь, изучили механизмы, по которым полиамины блокируют AMPA-рецепторы. Раньше можно было только констатировать сам факт такой блокировки, а теперь методы определения структуры молекул, такие как криоэлектронная микроскопия, позволяют «заморозить» один и тот же комплекс веществ в разных состояниях и таким образом отследить изменение его строения во времени. Этим методом и воспользовались ученые: они выделяли из клеток почки эмбриона человека HEK293 AMPAR, пропускающие не только натрий, но и кальций (CP-AMPAR), и воздействовали на них полиаминами. Некоторые из них, спермин и спермидин, образуются в организме человека, т.е. являются эндогенными. Другие использованные блокаторы проницаемых для кальция AMPA-рецепторов производятся пауками: NASPM — синтетический аналог яда японского Nephila clavata, а AgTx-636 — яд Argiope lobata, встречающегося в Алжире и Крыму. Комплексы CP-AMPAR с названными блокаторами «фотографировали» с помощью криоэлектронной микроскопии, а их состояние (открытое, закрытое или заблокированное) определяли методикой patch-clamp — в данном случае регистрируя ток, проходящий через отдельно взятый AMPA-рецептор. [ ... ]

Читать полностью