Международная команда исследователей под руководством Факультета медицины Оттавского университета (University of Ottawa Faculty of Medicine) раскрыла ранее неизвестный этап взаимодействия между нервами и мышцами.
Оказалось, что рецепторы, активирующие мышечные волокна, работают не синхронно, как считалось последние 50 лет, а асинхронно — с коротким «подготовительным» состоянием между покоем и активацией.
Это открытие, опубликованное в журнале Science, меняет фундаментальные представления о том, как мозг управляет движением, и может привести к созданию новых лекарств от мышечных и нейродегенеративных заболеваний, включая врождённый миастенический синдром.
Как учёные нашли «пропущенный шаг»
Команда под руководством Профессора Джона Бэнцигера (John Baenziger) из Кафедры биохимии, микробиологии и иммунологии Оттавского университета применила передовые методы визуализации одиночных молекул, чтобы запечатлеть работу никотинового ацетилхолинового рецептора (nAChR) — белка, отвечающего за передачу сигнала от нерва к мышце.
С помощью атомно-точной съёмки исследователи впервые увидели промежуточное “подготовленное” состояние рецептора — «primed state» — которое возникает за миллисекунды до активации мышцы.
«Это состояние — ключевая фаза в цепочке активации. Оно определяет, как именно происходит передача сигнала от нерва к мышце», — объясняет Профессор Джон Бэнцигер (John Baenziger).
Переосмысление полувековой модели
На протяжении десятилетий считалось, что белковые рецепторы активируются одновременно, все их части меняют форму в унисон — так называемая «согласованная конформационная перестройка».
Однако новое исследование опровергло эту теорию:
«Наши данные показывают, что это не так. Компоненты рецептора двигаются поочерёдно, а не синхронно. Это открывает совершенно новый взгляд на нейромышечную передачу сигнала», — говорит Бэнцигер.
Эта асинхронность оказалась не случайной: именно она позволяет нервной системе точно регулировать силу и скорость мышечных сокращений.
Почему это важно для медицины
Понимание механизма «primed state» поможет разрабатывать препараты точечного действия, способные корректировать дефекты рецепторов при таких заболеваниях, как врождённый миастенический синдром, а также при ряде нейродегенеративных нарушений.
«Зная, как именно двигаются отдельные участки рецептора, мы можем создавать лекарства, которые воздействуют избирательно — стабилизируют нужное состояние белка или предотвращают сбой в передаче сигнала», — отмечает учёный.
Международное сотрудничество и будущее исследований
В работе участвовали специалисты из Института структурной биологии (Institute of Structural Biology, Гренобль, Франция) — Доктора Юг Нюри (Hugues Nury) и Элефтериос Заркадас (Elefterios Zarkadas), а также Доктор Кори да Коста (Corrie daCosta) из Факультета наук Оттавского университета.
Первым автором исследования стал Доктор Маккензи Томпсон (Mackenzie Thompson), ранее аспирант в лаборатории Бэнцигера, ныне постдокторант в Калифорнийском университете в Беркли (University of California, Berkeley).
Команда планирует использовать новые структурные данные для изучения патогенных мутаций в рецепторах и разработки лекарств нового поколения, способных восстанавливать нормальную передачу сигнала между нервами и мышцами.
«Теперь, когда мы видим этот промежуточный шаг, у нас есть основа для проектирования терапий, которые могут вернуть движение и силу пациентам с нарушениями нервно-мышечной передачи», — заключает Бэнцигер.
📘 Материал подготовлен на основе данных University of Ottawa, Institute of Structural Biology и публикации в журнале
“Asynchronous subunit transitions prime acetylcholine receptor activation” by John Baenziger et al. Science
