Новое исследование, проведенное группой ученых из Института нейробиологии и когнитивных наук (Institute of Neurobiology and Cognitive Science), проливает свет на механизм передачи сигналов в мозге. Оказалось, что клетки мозга используют аналогичный мышечному механизм для передачи информации на большие расстояния.
Ученые обнаружили, что дендриты — ветвящиеся расширения нейронов — содержат структурированную сеть контактных сайтов, усиливающих сигналы кальция. Эти контактные сайты регулируют высвобождение кальция, активируя ключевые белки, участвующие в обучении и памяти. Этот механизм объясняет, как нейроны обрабатывают информацию и передают ее в тело клетки.
Исследование выявило новый механизм передачи сигнала в нейронах, что может пролить свет на молекулярные механизмы синаптической пластичности и обучения. Понимание этого процесса может также помочь в изучении нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера.
Дженнифер Липпинкотт-Шварц, научный сотрудник Института нейробиологии и когнитивных наук, отметила: «Эйнштейн сказал, что использование мозга похоже на использование мышц, и здесь есть параллель. Один и тот же механизм работает в обоих случаях, но с разными показаниями».
Первая подсказка о связи между мозгом и мышцами появилась, когда ученые заметили необычные структуры в эндоплазматической ретикулуме (ER) — мембранных листах и складках внутри клеток. Лорена Бенедетти, научный сотрудник лаборатории Липпинкотт-Шварц, отслеживала молекулы в высоком разрешении и обнаружила повторяющиеся структуры вдоль дендритов, похожие на лестницу.
Руководитель старшей группы Стефан Саалфельд также подтвердил наличие этих структур на 3D-микроскопических изображениях нейронов в мозге мухи. Ученые рассмотрели мышечную ткань, единственную область тела с подобными структурами ER, и обнаружили, что дендриты также содержат Juntophilin, контролирующий контакты между ER и плазматической мембраной.
Команда также обнаружила, что молекулярный механизм, управляющий высвобождением кальция на участках контактов с мышечными клетками, присутствует и на дендритах. Исследователи предположили, что эти сайты контактов могут действовать как ретранслятор, усиливая и распространяя сигналы.
Процесс запускается, когда нейрональный сигнал заставляет кальций входить в дендрит через ионные каналы, расположенные на сайтах контакта. Этот приток кальция активирует киназу CAMKII, изменяя свойства плазматической мембраны и передавая сигнал.
Это исследование выявило новый механизм передачи сигнала в нейронах и подчеркнуло важность структуры на уровне субклеточной организации для работы нейрональной системы. Понимание этого процесса может значительно улучшить наше знание о синаптической пластичности, обучении и памяти, а также помочь в борьбе с нейродегенеративными заболеваниями.
Литература.
“Periodic ER-plasma membrane junctions support long-range Ca2+ signal integration in dendrites” by Jennifer Lippincott-Schwartz et al. Cell
