Как Нервные Импульсы Попадают Туда, Куда Им Нужно

 Ученым удалось решить давнюю тайну Центральной нервной системы, им удалось показать, как ключевой белок попадает в нужное место, чтобы запустить электрические импульсы, которые обеспечивают взаимодействие нервных сигналов, посылаемых от головного мозга.

 Нервные импульсы очень важны, поскольку они необходимы для нейронов, чтобы отправлять информацию о чувствах, движениях, и управлять другими типами клеток в нервных схемах организма. Импульсы не выстреливают только один раз; они является возбудителями, а затем должны быть повторно переданы по аксонам - длинным, расширениям нервных клеток, чтобы сообщения нервной системы были стабильны в течение их быстрого путешествия.

Например, если ваш палец касается горячей плиты, нервные импульсы обеспечивают быстрые связи между нервными клетками в руке и головным мозгом, чтобы избежать серьезного ожога.

 Это новое исследование показывает часть процесса, который не был понятен раньше, о том, как "молекулярные моторики" помогают создавать импульсный генератор на своём месте в аксоне, чтобы выполнить эту важную работу.

 "Это исследование является решением очень принципиальных вопросов", - сказал Чэнь ГУ, доцент кафедры неврологии, университета штата Огайо и ведущий автор статьи. "Если эти белки не попадут в нервы, то ничего не произойдет. Они должны быть правильно поставлены или вставлены в аксон, чтобы быть функциональными".

 Как и большинство белков, молекула, которая инициирует нервные импульсы, производится в теле клетки нейрона, или в нервных клетках. Но этот белок, называемый «каналы иона натрия», делает свою работу между изолированными сегментами аксонов. Поскольку нервные импульсы были обнаружены в 1950-е годы, ученые были не в состоянии описать, как «натриевые каналы ионов», попадают туда, где они и должны быть, чтобы инициировать необходимые электрические сигналы.

Предыдущие исследования показали, что натриевый канал на якоре в аксоне, это другой белок. В этом новом исследовании, исследователи штата Огайо, США, определили третью молекулы в данном процессе: который создает механические движения, которые заставляют двигаться натриевые каналы, и его белок из тела клетки в аксон.

 Это исследование может помочь объяснить глубокие истоки многих неврологических расстройств - от рассеянного склероза и болезни Паркинсона, до травм спинного и головного мозга, где прослеживаются сбои или вырождения аксонов, и как результат - ненадлежащие электрические сигнализации.

ГУ - давний эксперт в области исследований ионов канала калия, которые находится на другом конце нервного импульса. Этот канал отключает сигнал, позволяя аксонам отдохнуть и подготовиться к следующему импульсу. Его группа уже достигла глубокого понимания того, как калиевые каналы попадают в аксоны.

 Исследовательская команда случайно обнаружила связи между якорем и моторным белком несколько лет назад, которые в конечном итоге привели к открытию этого механизма транспортировки с участием натриевых каналов. Данный канал трудно обучаем, потому что это большая и сложная молекула, относительно других участников данного процесса.

 Якорь белка, называемого «анкурин-Г», как известно, привязывает к натриевым каналам белки, как только они, достигнут аксонов. Это адаптер белка, который помогает другим молекулам подключиться, и сосредоточится на аксонах, недалеко от тела клетки, а также в местах, называемых узлами Ранвье, которые являются пробелами между сегментами аксонов. Эти факторы являются важными для передачи сигнала, потому что нервные импульсы должны перепрыгивать через них, чтобы поддерживать поток коммуникаций.

 Двигатель белка, называемого кинезин-1, знакомится с анкурином-Г, в то же время анкурин-Г прикреплен к натриевым каналам. В качестве моторного белка, кинезин-1 может производить механическую силу путем использования конкретного источника энергии, в клетке. В необычном случае натриевые каналы и кинезин-1 могут соединиться с анкурином-Г, используя несколько мест для связи.

 Исследователи подтвердили этот процесс при соблюдении трех белков, путешествующих вместе вдоль аксона с использованием живых клеток, визуализировали его, а также проверили на исследованиях с использованием животных.

"Мы выявили белковые взаимодействия между тремя очень важными и эволюционно сохраняемыми молекулами. Мы также обнаружили, что если мы нанесем ущерб взаимодействию с помощью различных стратегий, натриевые каналы, не поддерживают транспортировку", сказал ГУ.

"Мутации в генах, кодирующих три белка, могут привести к некоторым неврологическим и психическим расстройствам у людей. Во многих других заболеваниях, первичный дефект, инициирован изменением назначения этих трех белков, и, в частности натриевых каналов", сказал доктор ГУ. "Если натриевые каналы больше не могут проводить нервные импульсы, это приводит к симптомам неврологических расстройств".