Исследователи разработали революционную технологию, позволяющую отслеживать, когда клетки мозга деактивируются — ключевой процесс, известный как торможение. Этот метод позволяет глубже понять нормальные функции мозга и такие расстройства, как депрессия, посттравматическое стрессовое расстройство и болезнь Альцгеймера.
Используя оптогенетику и выявляя изменения в белке пируватдегидрогеназы (ПДГ), команда ученых может наблюдать, как головной мозг сохраняет энергию, быстро отключая этот белок после активации нейронов. Это открытие открывает новые возможности для изучения торможения клеток головного мозга и его роли в различных заболеваниях.
На протяжении десятилетий ученые изучали сложные закономерности активности мозга человека и животных, наблюдая, когда включаются различные группы клеток мозга. Однако не менее важно для понимания работы мозга и связанных с ним заболеваний знать, как долго эти нейроны остаются активными и когда они снова выключаются.
Теперь ученые разработали новую технологию, которая позволяет им отслеживать, когда после всплеска активности клетки мозга отключаются — процесс, известный как торможение.
Методика, опубликованная в научном журнале Neuron, предоставляет новый способ изучения не только нормального функционирования мозга, но и того, как «выключатели» мозга могут работать неправильно при нормальном поведении, а также при заболеваниях и расстройствах, в том числе депрессии, посттравматическом стрессовом расстройстве и болезни Альцгеймера.
«Общепринято считать, что торможение нейронов на самом деле является основным способом регулирования активности мозга», — комментирует автор исследования Ли Йе (Li Ye). «Ученые искали способ взглянуть на торможение более отслеживаемым способом, и до сих пор мало кто его нашел».
Чтобы разработать новый подход, Йе объединился с Джоном Йейтсом (John Yates), профессором молекулярной медицины. Ученые решили изучить, как изменяются клетки мозга, когда они активно стреляют — испускают электрический заряд для передачи сообщений своим соседям — по сравнению с тем, когда они прекращают стрелять.
Ученые использовали оптогенетику, в которой активностью клеток можно управлять с помощью света, чтобы многократно активировать и подавлять клетки. Затем они измерили уровни и характеристики различных белков и их модификаций. Ученые обнаружили, что один белок, пируватдегидрогеназа (ПДГ), очень быстро менялся сразу после ингибирования клеток мозга.
«Когда нейроны активируются, вам нужно много энергии, и этот белок ПДГ участвует в производстве энергии», — объясняет Йе. «Но мозг действительно хочет сохранять энергию, поэтому, когда клетка прекращает работу, мы обнаружили, что мозг быстро отключает белок ПДГ. Это происходило гораздо быстрее, чем что-либо еще, что мы наблюдали при экспрессии генов».
Исследователи обнаружили, что чтобы отключить ПДГ, клетки добавляют к белку молекулярные метки, называемые фосфатами. Йе с соавторами обнаружили антитела, которые распознавали только эту неактивную фосфорилированную форму ПДГ (фПДГ), чтобы проверить, можно ли использовать уровни фосфорилированной ПДГ (или пФПДГ) в качестве показателя ингибирования клеток головного мозга,
Команда Йе использовала эти антитела для измерения фПДГ у мышей, которым вводили анестезию. Почти весь мозг был освещен высоким уровнем пФДГ, что правильно показывает, что большая часть мозга неактивна во время анестезии.
Группа ученых также изучила уровни пФДГ, когда животные подвергались воздействию яркого света, который затем отключали. Клетки головного мозга в зрительной коре, отвечающие за зрение, имели низкие уровни пФДГ при воздействии света (поскольку активная форма ПДГ требовалась бы для передачи этим клеткам сигнальной энергии).
Группа Йе также использовала новую технику для изучения менее изученного процесса: того, как мозг выключает чувство голода после еды. Они показали, как клетки мозга, отвечающие за аппетит, отключаются, когда мышь начинает есть.
Эти результаты могут иметь значение для лучшего понимания аппетита, ожирения и некоторых лекарственных препаратов для снижения веса. В более широком смысле, антитела к пФДГ можно использовать для сравнения уровней ингибирования клеток головного мозга у здоровых людей и людей с различными заболеваниями головного мозга и обмена веществ.
«Существует много вопросов, на которые эта технология может помочь нам ответить», — заключает Йе. «Если мозг не может отключить клетки или они отключаются быстрее или медленнее, чем обычно, что происходит? Как торможение нейронов играет роль при различных заболеваниях?»
Статья по теме: Зачем принимают добавки калия при кето-диете?
Ведущий специалист отдела организации клинических исследований, терапевт, врач ультразвуковой диагностики АО «СЗМЦ» (г. Санкт-Петербург), главный редактор, учредитель сетевого издания Medical Insider, а также автор статей
E-mail для связи – [email protected];
