Velký objev o mozcích savců překvapuje výzkumníky

Souhrn: V-ATPáza, životně důležitý enzym, který umožňuje neurotransmisi, se dokáže zapínat a vypínat náhodně, dokonce i s dlouhými přestávkami.

zdroj: Kodaňská univerzita

V novém průlomu v porozumění více o mozku savců učinili vědci z Kodaňské univerzity překvapivý objev. Totiž životně důležitý enzym, který umožňuje mozkové signály, se zapíná a vypíná náhodně, dokonce i s hodinovými „přestávkami v práci“.

Tato zjištění mohou mít významný dopad na naše chápání mozku a vývoj léků.

Dnes je Discovery na obálce Příroda.

Miliony neuronů si neustále navzájem posílají zprávy, aby vytvořily myšlenky a vzpomínky a umožnily nám pohybovat tělem podle libosti. Když se dva neurony setkají, aby si vyměnily zprávu, neurotransmitery se přenášejí z jednoho neuronu na druhý pomocí jedinečného enzymu.

Tento proces je nezbytný pro nervovou komunikaci a přežití všech složitých organismů. Až dosud se výzkumníci z celého světa domnívali, že tyto enzymy jsou neustále aktivní, aby nepřetržitě přenášely základní signály. To ale zdaleka neplatí.

Pomocí inovativní metody vědci z katedry chemie na Kodaňské univerzitě podrobně studovali enzym a zjistili, že jeho aktivita se zapíná a vypíná v náhodných intervalech, což je v rozporu s naším dosavadním chápáním.

Je to poprvé, co někdo studoval mozkové enzymy savců jednu molekulu po druhé, a výsledek nás uchvátil. Na rozdíl od všeobecného přesvědčení a na rozdíl od mnoha jiných proteinů mohou být tyto enzymy neaktivní po dobu minut až hodin. Mozek lidí a dalších savců je však zázračně schopen fungovat,“ říká profesor Demetrius Stamo, který vedl studii z Centra pro inženýrské buněčné systémy na katedře chemie Kodaňské univerzity.

Dosud byly takové studie prováděny s použitím velmi stabilních enzymů z bakterií. Pomocí nové metody vědci poprvé zkoumali savčí enzymy izolované z mozků myší.

Dnes byla studie zveřejněna v Příroda.

Enzymatický přepínač může mít dalekosáhlé důsledky pro nervovou komunikaci

Nervové buňky komunikují pomocí neurotransmiterů. K přenosu zpráv mezi dvěma neurony jsou neurotransmitery nejprve pumpovány do malých membránových měchýřů (nazývaných synaptické váčky). Močový měchýř funguje jako nádoba, která uchovává neurotransmitery a uvolňuje je mezi dvěma neurony pouze tehdy, když je čas doručit zprávu.

Centrální enzym této studie, známý jako V-ATPáza, je zodpovědný za poskytování energie pro neurotransmiterové pumpy v těchto nádobách. Bez něj by se neurotransmitery nenapumpovaly do kontejnerů a kontejnery by nebyly schopny přenášet zprávy mezi neurony.

Studie ale ukazuje, že v každé nádobě je pouze jeden enzym. Když se tento enzym zastaví, nebude již žádná energie, která by poháněla nakládání neurotransmiterů do nádob. Jde o zcela nový a nečekaný objev.

„Je téměř nepochopitelné, že velmi kritický proces vkládání neurotransmiterů do kontejnerů je delegován pouze na jednu molekulu na kontejner. Zvláště když zjistíme, že ve 40 % případů tyto molekuly přestanou fungovat,“ říká profesor Dimitrios Stamo.

Tato zjištění vyvolávají mnoho zajímavých otázek:

Znamená odstavení dodávky energie do nádob, že mnoho z nich je již bez neurotransmiterů? Ovlivní velká část prázdných kontejnerů výrazně komunikaci mezi neurony? Pokud ano, byl by to „problém“, kvůli kterému se neurony vyvinuly, nebo by to mohl být zcela nový způsob kódování důležitých informací v mozku? Pouze čas ukáže.“

Revoluční metoda pro screening léků na V-ATPázu

Enzym V-ATPáza je důležitým lékovým cílem, protože hraje důležitou roli při rakovině, rakovinných metastázách a mnoha dalších život ohrožujících onemocněních. V-ATPáza je tedy ziskovým cílem pro vývoj protirakovinných léků.

Současné testy screeningu léků na V-ATPázu spoléhají na současné zprůměrování signálu z miliard enzymů. Znát průměrný účinek léku je dostačující, pokud enzym pracuje konzistentně ve správný čas nebo když enzymy spolupracují ve velkém množství.

„Nyní však víme, že ani jedno nemusí nutně platit pro V-ATPázu. V důsledku toho se najednou stalo důležité, že máme způsoby, jak měřit chování jednotlivých V-ATPáz, abychom pochopili a optimalizovali požadovaný účinek Dr. Illetrios Kosmidis, Katedra chemie, Kodaňská univerzita, který vedl experimenty v laboratoři, říká první autor článku.

Zde vyvinutá metoda je vůbec první, která dokáže měřit účinky léků na protonové čerpání jednotlivých molekul V-ATPázy. Dokáže detekovat proudy milionkrát menší než metoda zlatého standardu patch clip.

Fakta o V-ATPase:

Viz také

• V-ATPázy jsou enzymy, které rozkládají molekuly ATP, aby pumpovaly protony přes buněčné membrány.
• Nachází se ve všech buňkách a je nezbytný pro kontrolu pH/kyselosti uvnitř a/nebo vně buněk.
• V neuronech poskytuje protonový gradient vytvořený V-ATPázami energii pro naložení neurochemických poslů zvaných neurotransmitery do synaptických váčků pro jejich následné uvolnění do synaptických spojení.

O tomto výzkumu v Neuroscience News

autor: tisková kancelář
zdroj: Kodaňská univerzita
Kontakt: Tisková kancelář – University of Copenhagen
obrázek: Obrázek je ve veřejné doméně

Původní vyhledávání: Uzavřený přístup.
„Regulace V-ATPázy v mozku savců prostřednictvím přepínání ultrafialového režimuAutor Demetrius Stamo a kol. Příroda

souhrn

Regulace V-ATPázy v mozku savců prostřednictvím přepínání ultrafialového režimu

Adenosintrifosfátové enzymy vakuolárního typu (V-ATPázy) jsou elektromechanické cirkulující enzymy strukturálně příbuzné ATP syntázám typu F. Hydrolyzují ATP za vzniku elektrochemických protonových gradientů pro širokou řadu buněčných procesů.

V neuronech je zavádění všech neurotransmiterů do synaptických váčků aktivováno přibližně jednou molekulou V-ATPázy na synaptické váčky. Abychom osvětlili tento bona fide jednomolekulární biologický proces, zkoumali jsme elektrostatické čerpání protonů savčími mozkovými V-ATPASE bázemi v jednotlivých synaptických vezikulách.

Zde ukazujeme, že V-ATPázy nečerpají nepřetržitě v čase, jak naznačuje pozorování obratu bakteriálních homologů a postulování přísné vazby ATP-proton.

Místo toho náhodně přepínali mezi třemi režimy s dlouhou životností: pumpováním protonů, nečinností a únikem protonů. Je pozoruhodné, že přímé monitorování čerpání odhalilo, že fyziologicky relevantní koncentrace ATP neregulují rychlost endogenního čerpání.

ATP reguluje aktivitu V-ATPázy prostřednictvím potenciálního přepínání režimu protonové pumpy. Naproti tomu elektrochemické gradienty protonů regulují rychlost čerpání a přepínají čerpaný a neaktivní režim.

Přímým důsledkem přepínání režimů jsou náhodné fluktuace typu vše nebo nic v elektrochemickém gradientu synaptických váčků, u kterých by se dalo očekávat, že zavedou náhodnost v sekundárním protonem řízeném aktivním zatížení neurotransmiterů, a tak mohou mít důležité důsledky pro neurotransmisi.

Tato práce odhaluje a podtrhuje mechanickou a biologickou důležitost přepínání UV režimu.