В новом исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, ученые из Медицинского колледжа Вайля Корнелла (Weill Cornell Medical College) обнаружили, что процесс упаковки нейротрансмиттеров может быть ответственным за утечку энергии.
Исследователи выявили механизм утечки энергии нейронов даже в состоянии покоя
Мозг потребляет гораздо больше энергии, чем другие органы, и, что удивительно, он активно использует энергию, даже когда его нейроны не посылают друг другу сигналы, называемые нейротрансмиттерами.
Ученые определили крошечные капсулы, называемые синаптическими пузырьками, в качестве основного источника потребления энергии в неактивных нейронах. Нейроны используют синаптические пузырьки в качестве контейнеров для молекул нейротрансмиттеров, которые они запускают из синаптических терминалов, для передачи сигналов другим нейронам.
Упаковка нейротрансмиттеров в везикулы — это процесс, который потребляет химическую энергию. Исследователи обнаружили, что этот процесс с точки зрения энергии по своей природе настолько неплотный, что продолжает потреблять значительную энергию, даже когда везикулы заполнены, а синаптические терминалы неактивны.
Результаты исследования помогают лучше понять, почему человеческий мозг так уязвим для прерывания или ослабления подачи энергии. Ученые обнаружили, что такое высокое потребление энергии в состоянии покоя в значительной степени объясняется наличием везикул на синаптических окончаниях. Во время синаптической неактивности везикулы полностью загружены тысячами нейротрансмиттеров каждая и готовы запустить эти несущие сигнал через синапсы к соседним нейронам. Исследователи также обнаружили, что утечка энергии из мембраны везикулы продолжается.
Эксперименты указали на белки, называемые транспортерами, как на вероятные источники утечки энергии. Транспортеры обычно доставляют нейротрансмиттеры в везикулы, изменяя форму, чтобы перенести нейротрансмиттер.
Практическая значимость работы
Это открытие является значительным достижением в понимании базовой биологии мозга. Кроме того, уязвимость мозга к нарушению его снабжения энергией является серьезной проблемой в неврологии, а метаболические нарушения были отмечены при множестве распространенных заболеваний мозга, включая болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона. Это направление исследований в конечном итоге поможет решить важные медицинские головоломки и предложить новые методы лечения нейродегенеративных заболеваний.
Авторы другого исследования обнаружили, что редкие варианты гена ANK2 могут изменять архитектуру и организацию нейронов у людей с аутизмом.
