Выявлен новый тип клеточной коммуникации в мозге
Ученые из Исследовательского центра Скриппса обнаружили сотни белков, которые постоянно перемещаются по всему здоровому мозгу в маленьких мешочках, закрытых мембраной, открывая новую форму коммуникации между клетками мозга. Результаты исследования, опубликованные на этой неделе в журнале Cell Reports, могут помочь ученым лучше понять неврологические заболевания, включая болезнь Альцгеймера и аутизм.
"Это совершенно новый способ общения клеток мозга друг с другом, который никогда прежде не учитывался в наших представлениях о здоровье и болезни", - говорит Холлис Клайн, доктор философии, профессор нейронауки в Scripps Research. "Это открывает множество интересных направлений для исследований"
Для передачи сигналов по всему мозгу нейроны обычно взаимодействуют с помощью химических веществ, называемых нейротрансмиттерами, которые перемещаются от одной клетки к соседней. Гормоны также циркулируют по мозгу, влияя на рост клеток мозга и помогая формировать новые связи между нейронами.
Ранее исследователи подозревали, что небольшое количество белков может более независимо перемещаться по мозгу в отдельных случаях. Например, ученые, изучающие болезнь Альцгеймера, обнаружили, что синуклеин и тау - два белка, связанные с нейродегенерацией, - могут перемещаться между клетками в мозге животных, страдающих болезнью Альцгеймера. Но они не были уверены, связано ли это с самим заболеванием. Другие группы исследователей представили доказательства того, что белок, происходящий из одной клетки, может быть обнаружен в другой; однако они не смогли исключить возможность того, что белок был разобран на аминокислотные строительные блоки и затем вновь собран в клетке назначения.
В новой работе Клайн и ее коллеги использовали метод маркировки белков, который обеспечивал отслеживание только тех белков, которые оставались неповрежденными. Метка, представляющая собой молекулу биотина, не может быть реинтегрирована в новые белки, если белки разобраны. Исследовательская группа ввела метку в ганглиозные клетки сетчатки в глазах крыс. Одиннадцать дней спустя они исследовали клетки зрительной коры - области мозга, отвечающей за обработку зрения и физически удаленной от ганглиозных клеток сетчатки.
Затем команда Клайна выделила любой белок в зрительной коре, который был помечен биотином. Они обнаружили более 200 белков и в сотрудничестве с профессором Scripps Research Джоном Йейтсом III, доктором философии, идентифицировали каждый белок с помощью масс-спектрометрии.
"Предыдущие методы не позволяли исследователям идентифицировать конкретные транспортируемые белки или наблюдать за процессом на ультраструктурном уровне", - говорит Лючио Скиаппарелли, первый автор новой статьи, бывший штатный научный сотрудник Scripps Research, ныне работающий в Университете Дьюка. "Таким образом, использование новой комбинации стратегий мечения и идентификации белков позволило нам продвинуться в понимании того, что происходит с этими белками"
Среди идентифицированных белков было много белков с известными функциями в мозге, включая тау и синуклеин, перемещающиеся между клетками при болезни Альцгеймера.
"Это подтверждение того, что в здоровом мозге тау и синуклеин - и их перемещение по мозгу - являются нормальными", - говорит Клайн. "Но при болезни Альцгеймера между нейронами перемещается токсичная форма белка"
Исследователи также использовали другой набор белковых меток, чтобы показать, что в большинстве случаев эти белки переносятся между клетками внутри экзосом - маленьких, закрытых мембраной отсеков, упакованных белками, как чемоданы с одеждой. Это открытие может помочь проложить путь для других исследователей, которые хотят проследить движение белков в других областях мозга, а также сравнить межнейронный транспорт белков в здоровом и больном мозге. Хотя новая работа была проведена в зрительной системе, Клайн говорит, что нет причин не думать, что результаты будут иметь более широкий охват.
"Вероятно, белки перемещаются с помощью этого механизма по всему мозгу", - говорит она. "Я очень надеюсь, что это подстегнет новый интерес к изучению роли межклеточной коммуникации, о которой мы до сих пор не знали"
