Ваши клетки обладают удивительной способностью - они могут строить свои собственные энергетические фабрики, называемые митохондриями. После построения митохондрии должны перемещаться в нужное место в клетке. Дефекты митохондриального транспорта являются предполагаемой причиной таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера, боковой боковой амиотрофический склероз, болезнь Хантингтона и болезнь Паркинсона.
Ученые из Scripps Research обнаружили, как нейроны управляют этим важным процессом, изучая клетки Aplysia californica, вида морского слизня, используемого в исследованиях в области неврологии. Статья, опубликованная на этой неделе в качестве обложки журнала Cell Reports, может помочь открыть двери для новых методов лечения для улучшения митохондриального транспорта, говорит нейробиолог Сатьянараянан Путанветтил, доктор философии, доцент Scripps Research и старший автор нового исследования.
«Мы очень заинтересованы в изучении этого процесса при нейродегенеративных заболеваниях», - говорит Путанветтил. «Если вы сможете найти потенциальные лекарства, которые могут управлять транспортом, это может быть полезно».
Команда Путанветтила настроила нейроны морского слизняка для выращивания в посуде. Некоторые нейроны росли поодиночке, а другие росли вместе с партнерами. На жаргоне нейронауки клетка, которая посылает сигнал, называется «пресинаптической», а клетка, получающая сигнал, - «постсинаптической». Путанвиттил объясняет, что поскольку схема мозга слизняков проста, а их клетки крупнее, они представляют собой полезный модельный организм для изучения.
Нейроны имеют удлиненные выступы, называемые аксонами, которые позволяют сообщениям от пресинаптических нейронов достигать постсинаптических нейронов. На конце каждого аксона находится занятая камера, называемая синапсом, которая передает сообщение от одного к другому. Эта система требует много энергии для функционирования, поэтому клетки транспортируют митохондрии к своим синапсам, чтобы обеспечить эту энергию, говорит Путанвиттил. Старые митохондрии возвращаются в тело клетки для повторного использования.
Puthanveettil, первый автор Керрианн Бадал и их коллеги хотели раскрыть механизм в клетках, который запускает транспортный процесс. Для этого команда контролировала митохондриальный транспорт, пытаясь активировать различные сигнальные пути. Эксперименты привели исследователей к тому, чтобы определить сигнальный путь, называемый цАМФ, в качестве основного игрока. Как только в нейроне образовался синапс, активируется цАМФ, который, по-видимому, вступает в действие для усиления митохондриального транспорта.
Примечательно, что команда обнаружила, что пресинаптический нейрон изменяет экспрессию около 4000 генов (возможно, около 20 процентов имеющихся у него генов) по мере того, как он создает новые митохондрии.
«Идентификация пресинаптических нейронов почти полностью изменилась», - говорит Путанветтил.
Это изменение идентичности также кажется постоянным - клетка не просто производит митохондрии в быстром всплеске. Вместо этого синтез белка постоянно меняется, чтобы поддерживать строительство и транспортировку новых митохондрий. Это подтверждает предыдущий вывод о том, что огромное количество энергии необходимо для поддержания пресинаптической функции и поддержания связи клетки со своими соседями.
«Мы открыли фундаментальный механизм, ответственный за высшие функции мозга», - говорит Путанвиттил.
Puthanveettil говорит, что это открытие было неожиданным по двум причинам: во-первых, осознание того, что митохондриальный транспорт увеличился после того, как был построен синапс, а не раньше. Оба процесса требуют много энергии, поэтому было интересно обнаружить, что поддержание синапса требует больше энергии, чем первоначальный процесс построения.
Кроме того, исследователи не ожидали увидеть производство такого количества новых митохондрий. Многие ученые полагали, что усиление транспорта просто запустит движение многих митохондрий, которые имеют тенденцию останавливаться на транспортных линиях.
Puthanveettil говорит, что в будущих исследованиях можно было бы рассмотреть, как разработать лекарственную терапию для улучшения транспорта при заболеваниях, при которых транспорт дефектен. Он также изучает, как митохондриальный транспорт изменяется в ответ на обучение и формирование памяти.