Новое исследование, проведенное в лаборатории Липпинкотта-Шварца, раскрывает удивительную связь между работой мозга и мышц. В нейронах обнаружились молекулярные структуры, которые ранее наблюдались только в мышечных клетках: похожие на лестницу соединения эндоплазматического ретикулума и плазматической мембраны. Возможно, эти структуры – ключевой элемент в работе дендритов, а, значит – и всего мозга. Исследование опубликовано в журнале Cell.
Графический абстракт исследования
«Эйнштейн сказал, что когда он использует свой мозг, он как будто использует мускул, и в этом отношении здесь есть некоторая параллель», — отмечает Дженнифер Липпинкотт-Шварц, старший руководитель группы Janelia, одна из авторов работы.
Действительно, новое исследование показывает, что и в мозге, и в мышцах задействован один и тот же молекулярный механизм, хотя и с разными целями. В то время как в мышцах он отвечает за сокращение, в мозге он помогает передавать сигналы, необходимые для обучения и памяти.
Первые подсказки о связи между мозгом и мышцами появились, когда ученые заметили необычные структуры в эндоплазматическом ретикулуме (ЭР) — важной части клетки, отвечающей за множество функций. Лорена Бенедетти, научный сотрудник лаборатории, обнаружила, что они формируют повторяющийся узор, напоминающий лестницу, вдоль дендритов — отростков нейронов, которые получают сигналы от других клеток.
Исследователи обратили внимание на то, что подобные структуры ранее наблюдались только в мышечных клетках. В миоцитах эндоплазматический ретикулум и плазматическая мембрана образуют контактные участки, где особый белок юнктофилин контролирует высвобождение кальция, необходимого для сокращения. Оказалось, что в дендритах нейронов также присутствует юнктофилин, образующий соединения, похожие на лесенку, тянущуюся вдоль дентритов, и тот же механизм регулирует высвобождение кальция, который играет ключевую роль в передаче сигналов между нейронами.
«Мы думали, что ЭР может играть роль усилителя сигналов, — объясняет Бенедетти. — Эти регулярно распределенные контактные участки могут получать кальциевый сигнал, локально усиливать его и передавать на большие расстояния».
Лестницеподобные структуры в дендритах. Иллюстрация из обсуждаемой статьи
Когда нейрон получает сигнал, кальций проникает в дендрит через ионные каналы, расположенные в местах контакта. Хотя начальный сигнал быстро рассеивается, он запускает высвобождение дополнительного кальция из ЭР. Этот процесс активирует киназу CaMKII, белок, известный своей ролью в формировании памяти. CaMKII изменяет свойства плазматической мембраны, усиливая сигнал, который передается по дендриту к телу нейрона, где принимается решение о дальнейшей передаче информации.
«Мы показываем, что структура — прекрасная структура — действующая на уровне субклеточной организации, оказывает огромное влияние на то, как работает вся нейронная система», — подчеркивает Липпинкотт-Шварц.
Это исследование — еще один шаг к разгадке тайн мозга и того, как он учится, запоминает и адаптируется. Возможно, в будущем эти знания помогут разработать новые методы лечения нейродегенеративных или психиатрических заболеваний и точно помогут улучшить наше понимание того, как работает самый сложный орган в нашем теле.
Текст: Полина Ложкина
Lorena Benedetti et al, Periodic ER-plasma membrane junctions support long-range Ca2+ signal integration in dendrites, Cell(2024). DOI: 10.1016/j.cell.2024.11.029
Свежие комментарии