Ученые из Японии пришли к выводу, что AMPA-рецепторы образуются и распадаются непрерывно в течение доли секунды, вместо того, чтобы существовать как стабильные объекты. Исследование, опубликованное в Nature Communications, поможет прояснить ранние стадии синаптической пластичности, нейронной активности, которая является ключевой для обучения и памяти. Исследование также может иметь фармакологическое применение при лечении эпилепсии.
Актуальность исследования
Синапсы позволяют нейронам общаться друг с другом. В синапсе один нейрон испускает химические мессенджеры, называемые нейротрансмиттерами, а соседний нейрон принимает их, используя крошечные структуры, называемые рецепторами. Определенный тип рецептора, AMPA-рецептор, играет решающую роль в процессах обучения и памяти. Тем не менее, ученые еще не до конца понимают, как эти AMPA образуются и работают. AMPA-рецепторы состоят из четырех молекул или субъединиц, называемых GluA 1, 2, 3 и 4, которые объединяются в структуры, называемые тетрамерами. Различные комбинации субъединиц образуют тетрамеры; это означает, что существует 256 возможных конфигураций AMPA.
Ученые долгое время полагали, что эти тетрамеры происходят из эндоплазматического ретикулума, «производственного центра» клетки, прежде чем мигрировать в синапсы, сохраняя при этом стабильные структуры в течение часов или даже дней.
«Такая стабильность тетрамера может быть проблематичной для нейронов», — говорит Акихиро Кусуми (Akihiro Kusumi), соавтор исследования. «Синапсам нужны тетрамеры AMPA-рецепторов с различными комбинациями субъединиц, поскольку мозг учится, и его нейронные контуры меняются. Таким образом, у нас было внутреннее ощущение того, что мы имели неправильное представление о том, как AMPA-рецепторы образуются, мигрируют и работают».
Материалы и методы исследования
Ученые поместили флуоресцентные метки на каждую отдельную молекулу субъединицы АМРА-рецепторов. Затем отследили движения молекул в живых клетках с нанометровой точностью. Авторы исследования использовали одномолекулярный флуоресцентный микроскоп и программное обеспечение для анализа движения отдельных молекул.
Результаты научного исследования
Изучая, как молекулы AMPA-рецептора «толкаются» в мембране и связываются друг с другом, ученые обнаружили, что субъединицы AMPA-рецептора существуют как отдельные молекулы, а также объединяют 2, 3 и 4 молекулы. Тетрамеры были обнаружены, но они развалились примерно через 0,1 — 0,2 секунды. Затем ученые обнаружили, что другие молекулы-партнеры снова образуют новые соединения из двух, трех и четырех молекул, непрерывно повторяя этот процесс.
Исследователи также обнаружили, что когда молекулы образуют тетрамеры, хотя и ненадолго, они работают как крошечные каналы, которые открываются менее чем на 0,1 секунды. Поскольку функциональные тетрамеры непрерывно распадаются с образованием новых тетрамеров, тетрамеры АМРА-рецептора с различными составами субъединиц могут быть легко образованы. Это представляет собой новый механизм синаптической пластичности.
Выводы
Выводы ученых могут применяться в клинической практике. Люди с эпилепсией имеют избыток глутамата, нейромедиатора, который связывается с рецепторами AMPA в мозге. Этих людей часто лечат антиконвульсантами, которые препятствуют связыванию глутамата с тетрамерами рецептора AMPA, но эти методы лечения могут быть слишком сильными и, следовательно, неэффективными.
Кусуми считает, что разработка лекарственных средств, которые замедляют образование тетрамеров с определенными составами субъединиц в мозге, может смягчить проблемные типы синаптической пластичности, таким образом, уменьшая симптомы эпилепсии.
Авторы другого исследования утверждают, что эпилепсия увеличивает риск смерти среди беременных женщин.
