Вы когда-нибудь задумывались, как без устали жужжит крошечная плодовая мушка вокруг вашей вазы с фруктами? Такое поведение требует не только огромной энергии, но и четко скоординированной передачи нейронных сигналов, обеспечивающей непрерывный полет. Недавнее исследование, проведенное в лаборатории профессора Гаити Хасана, выявило молекулы, необходимые в мозгу плодовых мушек, которые позволяют им летать в течение длительных периодов времени и помогают им находить вазу с фруктами в вашей кладовой. Одним из ключевых белков, идентифицированных в этом исследовании, является рецептор FMRFa (FMRFaR). Авторы описывают роль этого рецептора в определенном классе нейронов в мозгу взрослой мухи, который помогает мухе поддерживать полет в течение длительных периодов времени. Исследование было опубликовано в журнале PLOS Genetics Journal с ведущим автором Прити Рави, который также поразительно попал на обложку!
FMRFaR принадлежит к классу белков, известных как рецепторы, связанные с G-белком (GPCR). GPCR - это хорошо изученные молекулы, которые помогают преобразовывать внеклеточные сообщения, такие как гормоны или нейротрансмиттеры, в клеточные ответы. В лабораторных условиях, в то время как мухи дикого типа могли поддерживать полет в среднем более 10 минут, мутантные мухи FRFaR могли поддерживать полет только половину этого времени. Используя генетические эксперименты, авторы смогли сузить функцию этого рецептора до определенного класса нейронов в мозгу мухи, а именно нейронов, которые вырабатывают и используют нейротрансмиттер дофамин для связи с другими нейронами. Дофамин участвует в поведении как мух, так и млекопитающих, таком как передвижение, мотивация, зависимость, обучение и память.
Причиной, по которой я решил исследовать FMRFaR среди других рецепторов, было наблюдение, что потеря передачи сигналов FMRFaR, особенно во взрослых дофаминергических нейронах плодовой мушки, приводит к серьезной потере полета. Это был первый случай, когда мы столкнулись с GPCR, который необходим в центральном мозге взрослых мух для полета, и это сделало его действительно захватывающим», - говорит Прити.
В текущем исследовании авторы показывают, что изменения клеточного кальция, вызванные активацией FMRFaR, регулируют полет и необходимы для поддержания возбудимости зрелых дофаминергических нейронов мозга мухи. Возбудимость нейронов - это один из ключевых процессов, который позволяет нейронам общаться друг с другом и в конечном итоге приводит к двигательному поведению.
Тогда возникает вопрос: как FMRRaR регулирует возбудимость нейронов в этих нейронах? Активация FMRFaR вызывает высвобождение кальция из эндоплазматического ретикулума (ER) в цитозоль клетки через другой внутриклеточный рецептор плюс кальциевый канал, называемый инозитол-трифосфатным рецептором (IP3R). Кальций, высвобождаемый таким триггером, активирует другие чувствительные к кальцию белки в нейроне. В этом исследовании авторы идентифицировали кальций-кальмодулиновую протеинкиназу (CaMKII) в качестве нижестоящего эффектора активации FMRFaR. Авторы предполагают, что стимулированный FMRFaR кальций активирует CaMKII, который может прямо или косвенно активировать каналы, определяющие возбудимость плазматической мембраны нейронов.
Можно было бы ожидать, что для полета в течение нескольких минут потребуется непрерывный поток сенсорной информации, чтобы муха достигла места назначения. Здесь мы считаем, что FMRFaR на дофаминергических нейронах помогает в обработке такой сенсорной информации и таким образом, обеспечивается устойчивый полет в правильном направлении», - говорит соответствующий автор, профессор Хасан.
Какие каналы плазматической мембраны активируются передачей сигналов FMRFaR? Каков основной механизм их активации? Откуда берется сигнал для срабатывания FMRFaR? Поиск ответов на эти вопросы сейчас занимает команду.