Wissenschaftler gelang es eine beispiellose Ansicht einer Art von Gehirnzellen - Rezeptor, der in einer Reihe von neurologischen Krankheiten verwickelt ist , einschließlich Alzheimer-Krankheit , Parkinson -Krankheit, Depression . Schizophrenie , Autismus und ischämische Verletzungen im Zusammenhang mit Schlaganfall .
Das Team von Biologen in Cold Spring Harbor Laboratory verwendet das US Department of Energy Advanced Photon Source am Argonne National Laboratory , ein atomarer Ebene Bild von der intakten NMDA erhalten (N- Methyl- D- Aspartat ) -Rezeptor als Vorlage dienen und Leitfaden für das Design von therapeutischen Verbindungen .
Der NMDA-Rezeptor ist ein massiver Komplex multi- Untereinheit , die sowohl chemische und elektrische Signale im Gehirn bindet , damit Neuronen , miteinander zu kommunizieren. Diese Gespräche bilden die Grundlage des Gedächtnisses, Lernen und Denken und die Entwicklung des Gehirns kritisch zu vermitteln. Funktion des Rezeptors ist streng reguliert : sowohl erhöht und verringert NMDA- Aktivitäten werden mit neurologischen Erkrankungen.
Trotz der Bedeutung der NMDA-Rezeptor- Funktion haben Wissenschaftler gekämpft, um zu verstehen, wie es gesteuert wird. In Arbeit kürzlich in Science , CSHL Associate Professor Hiro Furukawa und Erkan Karakas , Ph.D., einem Postdoc- Forscher veröffentlicht wird, muss ein molekularer Fotografie als Röntgenkristallographie bekannt , um die Struktur des intakten Rezeptors zu bestimmen. Ihre Arbeit identifiziert zahlreiche Wechselwirkungen zwischen den vier Untereinheiten des Rezeptors und bietet neue Einblicke, wie der Komplex reguliert. Das Röntgen- Arbeit wurde mit dem Nationalen Institut für General Medical Sciences und National Cancer Institute Collaborative Zugang Team ( GM / CA) Beamline an der APS und einer Beamline an Feder 8 durchgeführt .
"Früher haben unsere Gruppe und andere einzelnen Untereinheiten des Rezeptors kristallisiert - nur Fragmente - aber das war einfach nicht genug ", sagt Furukawa . " Um zu verstehen , wie diese komplexen Funktionen, die Sie brauchen, um sie alle zusammen zu sehen , vollständig zusammengebaut . "
Für einen solchen großen Komplex , war dies eine schwierige Aufgabe. Mit einer erschöpfenden Reihe von Proteinreinigungsverfahren waren Furukawa und Karakas in der Lage, die intakte Rezeptor zu isolieren. Ihre Kristallstruktur zeigt, dass der Rezeptor sieht viel wie ein Heißluftballon. " Der " Korb " ist das, was wir die Transmembran-Domäne anzurufen. Sie bildet einen Ionenkanal , der elektrische Signale durch das Neuron verbreiten können ", erklärt Furukawa .
Ein Ionenkanalist wie ein Tor in der Neuronenmembran . Ionen , kleine elektrisch geladene Atome , sind nicht durch die Zellmembran passieren . Wenn der Ionenkanal " Gate " geschlossen ist, sammeln sich Ionen außerhalb der Zelle , wodurch ein elektrisches Potential über die Zellmembran .
Wenn der Ionenkanal " Gate " öffnet , strömen Ionen in die und aus der Zelle durch die Kanalporen . Dies erzeugt einen elektrischen Strom , der zusammenfasst , um Impulse, die schnell durch die Neuronen ausbreiten erstellen. Jedoch kann der Strom nicht von einem Neuron zum nächsten zu springen . Vielmehr ist die elektrische Puls löst die Freisetzung von chemischen Botenstoffe , so genannte Neurotransmitter . Diese Moleküle queren den Abstand zwischen den Neuronen und binden sich an Rezeptoren, wie NMDA-Rezeptors auf der Oberfläche der benachbarten Zellen . Dort wirken sie wie ein Schlüssel , entriegelt Ionenkanäle innerhalb des Rezeptors und Antreiben des elektrischen Signals in einem anderen Neuron und letztlich in das Gehirn.
Der "Ballon" Teil des Rezeptors, Furukawa beschrieben wird außerhalb der Zelle gefunden. Dies ist der Bereich, der Neurotransmitter bindet . Die Struktur des zusammengebauten Mehrfachuntereinheit-Rezeptor-Komplex , einschließlich der schwer lonenkanal hilft , einige der vorhandenen Daten , wie NMDA -Rezeptoren funktionieren erklären. "Wir sind in der Lage zu sehen, wie eine Domäne auf der Außenseite des Rezeptors direkt innerhalb der Membran reguliert den Ionenkanal ", sagt Furukawa . "Die Struktur zeigt, warum diese besondere Domäne , die so genannte aminoterminale Domäne , ist wichtig für die Aktivität des NMDA-Rezeptors , nicht jedoch für andere verwandte Rezeptoren. "
Diese Informationen werden von entscheidender Bedeutung sein , wie Wissenschaftler arbeiten, um Medikamente, die den NMDA-Rezeptor- Kontrolle zu entwickeln. " Unsere Struktur definiert die Schnittstellen , in denen mehrere Untereinheiten und Domänen einander berühren ", sagt Furukawa . "In der Zukunft , werden diese das Design der therapeutischen Verbindungen zu führen, um eine breite Palette von verheerenden neurologischen Erkrankungen zu behandeln. "