Исследователи идентифицировали белок FAM81A, который играет ключевую роль в формировании постсинаптических белковых агломераций, необходимых для синаптической функции мозга. Проанализировав 35 предыдущих научных работ, команда ученых обнаружила постоянное присутствие FAM81A в постсинаптической плотности, сложной белковой структуре, жизненно важной для передачи сигналов нейронов.
Взаимодействие этого белка с основными постсинаптическими белками и его участие в разделении фаз жидкость-жидкость подчеркивают его значение в поддержании синаптической активности. Полученные данные не только способствуют нашему пониманию синаптических механизмов, но и открывают новые возможности для изучения эволюции когнитивных функций у высших позвоночных и потенциальных последствий нейропсихиатрических состояний.
Было обнаружено, что белок, который появляется в постсинаптических белковых агломерациях, имеет решающее значение для их формирования. Открытие Университета Кобе (Kobe University) идентифицирует нового ключевого игрока в синаптической функции и проливает первый свет на ее до сих пор не описанную клеточную роль и эволюцию.
То, что происходит в синапсе, соединении между двумя нейронами, является ключевым фактором в работе головного мозга. Передача сигнала от пресинаптического нейрона к постсинаптическому опосредована белками, и их дисбаланс может привести к нервно-психическим расстройствам, таким как тяжелая депрессия, аутизм или алкогольная зависимость.
Однако из-за огромного разнообразия белков, присутствующих в этой локализации, многие из них еще не изучены, и зачастую даже неясно, действительно ли обнаруженные ранее белки принадлежат этому соединению или это просто примеси, возникающие в процессе жизнедеятельности.
Особенно заметной структурой непосредственно под постсинаптической мембраной является так называемая «постсинаптическая плотность» — скопление, возможно, тысяч различных белков.
Чтобы пролить свет на постсинаптическую плотность, нейрофизиолог из Университета Кобе ТАКУМИ Тору (TAKUMI Toru) с соавторами сначала сравнили 35 наборов данных предыдущих исследований, чтобы выяснить, какие неохарактеризованные белки появляются последовательно.
КАЙЗУКА Текеши (KAIZUKA Takeshi), первый автор статьи, объясняет: «Мы создали аналитический конвейер для унификации и выравнивания белковых структур в различных наборах данных. Это привело к идентификации плохо охарактеризованного синаптического белка, который был обнаружен более чем в 20 из этих наборов данных».
Это позволило предположить, что белок, имеющий метку FAM81A, вероятно, имеет отношение к функции всей структуры, поэтому команда проанализировала его взаимодействие с другими белками, его распределение внутри и вокруг нейронов, а также его влияние на форму и функцию нейронов, механизм его функционирования и его эволюцию. Таким образом, ученые дали этому белку полную первую характеристику.
Такуми резюмирует свои результаты, которые опубликованы в научном журнале PLoS Biology: «Важным открытием является то, что FAM81A взаимодействует по крайней мере с тремя основными постсинаптическими белками и модулирует их конденсацию. Это говорит о том, что FAM81A является основным регуляторным фактором постсинаптической плотности».
Группа ученых смогла подтвердить, что FAM81A способствует конденсации ключевых белков в безмембранную органеллу посредством разделения фаз жидкость-жидкость, процесса, в котором сильно взаимодействующие молекулы исключают элементы окружающей среды, и что отсутствие белка приводит к значительному снижение активности культивируемых нейронов.
У людей имеются две родственные копии гена: FAM81A и FAM81B. Однако, хотя FAM81A экспрессируется в головном мозге, FAM81B экспрессируется только в семенниках. Кроме того, у птиц и рептилий также есть две копии гена, а у амфибий, рыб и беспозвоночных — только одна, и его экспрессия не локализована в одной ткани.
«Интересно, что эволюционное сохранение функции FAM81A в синапсе ограничено по сравнению с другими синаптическими молекулами, поскольку гомолог FAM81A у рыб не обнаруживается в синапсе. Это говорит о том, что FAM81A может быть ключевым белком в понимании когнитивных функций мозга высших позвоночных», — заключает Кайдзука.
Но их работа была лишь первым шагом. Чтобы по-настоящему понять роль белка, необходимо изучить его функцию в сложной среде мозга. Таким образом, исследовательская группа Университета Кобе хочет создать мышиные модели, в которых отсутствует ген FAM81A, и изучить, как это влияет как на функцию синапсов, так и на поведение организма.
“FAM81A is a postsynaptic protein that regulates the condensation of postsynaptic proteins via liquid-liquid phase separation” by TAKUMI Toru et al. PLOS Biology
