Neue Studie entdeckt Leistungsstarke Funktion einzelner Protein, das Neurotransmission Steuert

Wissenschaftler am Weill Cornell Medical College haben entdeckt, dass die einzelnen Protein - Alpha-2- delta - übt einen zapfenartigen Funktion , Steuerung der Lautstärke von Neurotransmittern und andere Chemikalien, die zwischen den Synapsen der Nervenzellen im Gehirn zu fließen. Die Studie , online veröffentlicht Natur, Zeigt, wie Gehirnzellen miteinander kommunizieren durch diese Signale , die Weiterleitung Gedanken, Gefühle und Handeln, und diese leistungsstarke Molekül eine entscheidende Rolle bei der Regulierung der effektive Kommunikation spielt .

In der Studie legen nahe, die Forscher auch, wie die weit verbreiteten Schmerzmittel Lyrica funktionieren könnte . Der Alpha-2- Delta- Protein ist das Ziel dieser Droge und die neue Arbeit legt nahe, einen Ansatz , wie andere Medikamente könnten entwickelt, die effektiv zu verdrehen insbesondere Neurotransmitter Stutzen ein und aus , um neurologische Erkrankungen zu behandeln. Die Forschungsergebnisse überrascht das Forschungsteam , die Wissenschaftler vom University College London umfasst .

"Wir sind begeistert , dass jedes einzelne Protein hat eine solche Macht ", sagt die Studie führen Forscher Dr. Timothy A. Ryan , Professor für Biochemie und Professor für Biochemie in Anästhesiologie am Weill Cornell Medical College . " Es ist wirklich selten, dass eine biologische Funktion Moleküls , die so stark ist , die auf die Steuerung werden die Wirksamkeit des Neurotransmission scheint zu identifizieren. "

Die Forscher fanden heraus , dass Alpha-2- delta bestimmt, wie viele Kalzium Kanäle werden an der synaptischen Verbindung zwischen Nervenzellen vorhanden sein. Die Übertragung von chemischen Signalen an der Synapse durch den Eintritt von Calcium in diesen Kanälen ausgelöst wird, so dass das Volumen und die Geschwindigkeit der Neurotransmission abhängig von der Verfügbarkeit dieser Kanäle .

Die Forscher entdeckten, dass die Einnahme von Alpha-2- Delta entfernt von Gehirnzellen verhindert Kalziumkanäle vom Gelangen an der Synapse . "Aber wenn Sie mehr Alpha-2- delta hinzufügen, können Sie die Anzahl der Kanäle an den Synapsen zu verdreifachen ", sagt Dr. Ryan. " Diese Änderung im Überfluss war fest , wie gut Synapsen ihre Funktion ausüben , die Neurotransmitter freisetzen ist verbunden."

Vor dieser Studie war bekannt, dass Lyrica , die für neuropathische Schmerzen , Krampfanfälle und verwendet wird, Fibromyalgie , Bindet an Alpha-2- Delta , aber wenig über , wie dieses Protein funktioniert, um Synapsen steuern verstanden .

Anheben der Haube

Dr. Ryan baut , was er eine " Werkstatt-Handbuch " der neurologischen Funktion , von denen viele Zentren auf der synaptischen Neurotransmission nennt. In 2007 und 2008 entdeckte er entscheidende Hinweise darauf, wie Nervenzellen neu zu verpacken die Chemikalien verwendet werden, um über die Synapsen zu signalisieren. Im Jahr 2011 entdeckte Dr. Ryan , dass verschiedene Neuronen unterschiedlich Abstimmung der Geschwindigkeit, mit der sie zu verpacken , diese Chemikalien . Und in einer neuen Studie , veröffentlicht am 29. April in Nature Neuroscience , beschrieb er , zum ersten Mal , die molekularen Mechanismen an der Synapse , die die Freisetzung von Dopamin , ein entscheidender Neurotransmitter steuern.

"Wir sind unter der Haube dieser Maschinen zum ersten Mal auf der Suche ", sagt er . " . Viele neurologische Erkrankungen gelten als von Pathologien der synaptischen Funktion ergeben Die Synapse ist so komplex , . Mindestens ein paar tausend Gene kontrollieren , wie sie funktionieren Reparieren sie durch Behandlung erfordert, dass wir verstehen, wie sie funktionieren. "

Dr. Ryan und sein Team verwenden oft zwei Werkzeuge, um diese Studien durchzuführen - sie stecken Fluoreszenzmarkierungen auf , um Moleküle in der synaptischen Funktion beteiligt , und verwenden hochempfindliche Mikroskopie -Technologie , um diese Moleküle in der Nähe und in Echtzeit zu beobachten auf.

Die Forscher verwendeten das gleiche Instrumentarium, um die Funktion der Kalziumkanäle , die Neurotransmission löst untersuchen . "Bei allen Synapsen wird die Sekretion eines Neurotransmitter durch die Ankunft eines elektrischen Impulses , von einem anderen Neuron initiiert angetrieben ", sagt Dr. Ryan. Trifft dieser Impuls kommt zu dem Nervenende löst es die Eröffnung der Kalziumkanäle. Das Kalzium in Binsen ist der Schlüssel -Trigger , die eine Synapse , seine Neurotransmitter sezer antreibt.

"Wir haben im letzten halben Jahrhundert, das Kalzium ist ein wichtiger Steuerung der Neurotransmission bekannt ", sagt er . "Jede kleine Veränderung der Calcium-Einstrom hat einen großen Einfluss auf die Neurotransmission . "

Protein wirkt wie ein Versandetikett

Aber die Anzahl der Calciumkanäle an der Synapse ist nicht statisch. Neuronen ständig aus Kanälen getragen ersetzen , und um dies zu tun , sie bauen die Kanäle in Zellkörper des Neurons und verpacken sie und liefern sie an der Nervenendigung . In einigen Fällen ist die eine sehr lange Fahrt - so viel wie ein paar Meter , wie der Abstand zwischen dem Gehirn und der Basis des Rückenmarks oder der Länge eines Beines.

In der Studie, tagged Forscher fluoreszierende Proteine ​​auf ein Gen, das Protein, das einen Calciumkanal bildet und lieferte es Neuronen kodiert. Sie beobachteten dann den Fortschritt der neu gebildeten Kanäle , wie sie ihren Weg , von Tag vier bis sieben Tage , von den Körpern der Neuronen an die Synapse.

Sie manipuliert auch das Niveau der Alpha-2 -Delta, einer vermuteten Kalziumkanalpartner, und festgestellt, dass , wenn das Protein erhöht wurde, wurden mehr Calcium-Kanäle zu der Synapse bewegt . Weniger Alpha-2- Delta reduziert den Fluss . " Wir entdeckten, dass Alpha-2- Delta traf die Entscheidung , wie viele Calcium-Kanäle sollte die Länge des Neurons zur Synapse versendet werden ", sagt Dr. Ryan. "Es ist wie die Kanäle nicht ohne alpha 2 Delta- Versandetikett transportiert werden. "

Das Forscherteam stellte jedoch fest, dass Alpha-2- delta muss mindestens zwei Schritten arbeiten . Als sie ein Stück von Alpha-2- Delta , die Proteine, die wie Zellen aneinander binden beteiligt sind ähnlich beeinträchtigt , stellten sie fest , dass diese gebrochenen Alpha-2- delta könnte noch helfen, Calciumkanäle auf Synapsen ausgeliefert. Aber wenn es sie nicht mehr geholfen Laufwerk Neurotransmitterfreisetzung . "Das bedeutet , dass nicht nur Alpha-2 -Delta Hilfe Kalziumkanäle verschifft zu werden , aber es bedeutet auch, dass etwas an der Synapse zu Sign-off auf den Empfang der Kalziumkanäle , die ihnen in der richtigen Stelle , damit sie ihre Aufgabe zu erfüllen ", sagt Dr. Ryan.

Die Forscher vermuten , dass Lyrica könnte durch Eingriffe in diesem letzten Schritt , da das Stück alpha 2 delta sie " brach " , dass verhindert, dass die Unterzeichnung -off gleicht Teile von Proteinen , die sie miteinander in einer Art Handshake -Stick erlaubt zu arbeiten.

Diese Ergebnisse legen nahe , dass zukünftige Therapien zur Neurotransmission manipulieren könnte versuchen, diese Handshake- Verfahren zielen , so Dr. Ryan. Zu diesem Zweck wird verlangen, dass Forscher identifizieren den fehlenden Partner im Handshake .

"Wir hoffen, dass diese spannende Erkenntnisse bieten neue Wege , wie man bessere Medikamente , um die Kommunikation zwischen den Gehirnzellen zu steuern machen ", sagt Dr. Ryan.